生涯を通じて他の種類の細胞の体の備蓄を補充することで有名な幹細胞は、過去の傷や炎症の記憶をキャッシュする予期せぬ追加の能力を持っている可能性があります.皮膚、腸、気道に関する新しい研究は、幹細胞がしばしば免疫系と協力して、これらの記憶を使用して、後の損傷や病原体の攻撃に対する組織の反応を改善できることを示唆しています.
「私たちが理解し始めていることは、これらの細胞は組織を作るためだけにあるのではないということです。彼らは実際には他の行動上の役割を持っています」と、ニューヨーク大学の免疫学者で、皮膚や他の組織におけるこの記憶効果を研究しているShruti Naikは言いました.幹細胞は、「環境を感知して反応する優れた能力を持っています」と彼女は言いました。
しかし、これらの反応がうまくいかないと、重度のアレルギーや自己炎症性疾患など、慢性炎症を伴うさまざまな永続的な健康問題を引き起こしたり、助長したりする可能性があります.
体内のほとんどの組織には、必要に応じて分裂し、無数の細胞タイプに特化できる長寿命の幹細胞の小さな貯蔵庫が含まれています。たとえば、皮膚の幹細胞は分裂して、色素やケラチンを生成する細胞の系統、汗腺を形成する細胞、さらには身体が動いたときに皮膚が伸びることを可能にする柔軟なバリア細胞を生み出すことができます.幹細胞の主な機能は、他の種類の細胞のミニチュア工場として機能するように思われました.しかし今、新しい状況が見え始めています.
8 月には、自然 ボストン地域の研究者による論文は、幹細胞の一種の記憶に関する新鮮な証拠を提供し、人間の現象については最初のもののいくつかを提供しました.マサチューセッツ工科大学の単一細胞シーケンシングのパイオニアであるアレックス・シャレックと免疫学者のホセ・オルドバス・モンタニェス、およびブリガム・アンド・ウィメンズ病院の免疫学者ノラ・バレットが率いるチームは、一部の人々がなぜ苦しんでいるのかを理解しようと試みました。空気中のほこり、花粉、その他の物質に対する慢性的なアレルギーを衰弱させます。ほとんどの人は、これらの刺激物によるかぜのような症状を一時的に経験するだけですが、人口の約 12% は、一年中持続し、不快なポリープや成長をもたらす重度の反応を示します.
この研究は、喘息や炎症性腸疾患などの慢性炎症性疾患を理解するためのチームのより大きな探求の第一歩です。慢性炎症性疾患では、最初の挑戦が終わった後も免疫系が不必要な攻撃を開始し続けます.これらのタイプの自己炎症性疾患は、認識された脅威に過剰反応すると考えられている免疫系に起因すると長い間考えられてきました.しかし、ボストンのチームは、組織自体に原因があるのではないかと疑っていました.
彼らは、慢性副鼻腔炎患者の炎症を起こした鼻腔から細胞を採取し、健康な対照被験者の細胞と比較することから始めました。 20 人の異なる人々から約 60,000 個の細胞を収集した後、彼らは個々の細胞から採取した RNA 分子の配列を決定し、それらの中でどの遺伝子が活性であるかを決定しました。副鼻腔炎患者の幹細胞では、活性遺伝子の多くがアレルギー性炎症に関連していることがわかりました。特に、これらの遺伝子は、インターロイキン 4 (IL-4) とインターロイキン 13 (IL-13) と呼ばれる 2 つの免疫メディエーターの標的でした。 .これらは、T リンパ球や B リンパ球などの免疫細胞が互いに通信するために通常使用する小さな分子です。
標的遺伝子が幹細胞で活性であったという事実は、幹細胞が明らかに免疫系と直接通信していたことを意味しました。このコミュニケーションが病気の慢性的な性質に影響を与える可能性があるという予感により、研究者はさらに一連の実験を行いました.
彼らは、アレルギー患者の気道から細胞を取り出し、培養で約5週間培養した後、遺伝子活性のプロファイリングを行いました。彼らは、ほこりや花粉のアレルギーの脅威がずっと前になくなったにもかかわらず、アレルギー性炎症に関与する遺伝子がまだ活動していることを発見しました.さらに、研究者は、細胞の多くが完全に成熟していない状態で「スタック」していると説明しました.
Shalek にとって、この結果は、「幹細胞が『記憶』を次世代の細胞に伝達する可能性があり、これにより、幹細胞が補充する組織にほぼ永久的な変化が生じる可能性がある」ことを示しています。このプロセスは、免疫系との比較を招きます。B 細胞と T 細胞は、以前に撃退した感染の経験を利用して、新しい感染をより効果的に撃退します。同様に、幹細胞は過去の攻撃の記録を保持して、次回の反応を鋭くする可能性があります.しかし、アレルギー患者の場合、その記憶は明らかに不適応になります。攻撃者がそこにいるという幹細胞の免疫系への信号を絶え間なく維持し、炎症とポリープを促進するフィードバック サイクルを作り出す可能性があります。
Shalek によると、どの細胞が「悪役」になり、その反応が組織全体にどのように伝播するかを理解することは、より効果的な介入につながるはずです。実際、彼らの論文では、IL-4 と IL-13 をブロックする抗体が、鼻ポリープを持つ個人の幹細胞と分泌細胞に及ぼす影響をテストすることができました。彼らは、健康な組織に関連する遺伝子発現の大幅な回復に注目しました。これは、将来の治療法の開発に向けた有望なステップです.
Cold Spring Harbor Laboratory の免疫学者である Semir Beyaz は、次のように述べています。 Beyaz はボストンのグループによる研究には関与していませんが、腸で同様の発見をしています:Nature に掲載された論文で 2016 年に彼は、高脂肪食を食べたマウスの腸が、脂肪の少ないマウスの腸よりも多くの幹細胞を生成することを実証しました。分裂するとき、腸の幹細胞は、より多くの分化した細胞を生成するのではなく、より頻繁に自分の数を増やすように見えました.
「機能的には、細胞を調整できることを認識しています」と Naik 氏は述べています。 「免疫学者は、免疫反応が組織で起こることを理解し始めており、組織がこれに応答する方法は幹細胞のレベルにあります。」
数年前、Naik は幹細胞生物学者と協力して、炎症の経験が幹細胞に影響を与えるかどうかを理解することを期待して、マウスの創傷治癒に対する以前の損傷と炎症の影響を調べました。 Nature の 2017 年の論文で説明されているように 、彼女と彼女の同僚は、マウスの皮膚のパッチが炎症を起こして治癒すると、同じ場所のその後の傷は2.5倍速く治癒し、その効果は6か月も続くことを発見しました.
その実験では、幹細胞に保持された記憶は有益であると Naik は説明した。しかし、シャレック、バレット、オルドバス・モンタニェスが観察したように、この発見の裏返しとして、「[細胞] に悪い行動を教えれば、細胞はそれらの悪い行動も覚えるだろう」と彼女は述べた。
幹細胞がこれらの記憶をどのように保存しているかは不明です。アレルギー研究と創傷治癒研究の両方で、そのメカニズムには、特定の遺伝子を多かれ少なかれ活性化しやすくする DNA の修飾が関与しているように見えます。 Naik は、2 度負傷したマウスの皮膚幹細胞の DNA には、密集していない多くの領域が含まれていることを発見しました。これは通常、遺伝子活性を示しており、これらの開いた領域のいくつかは、炎症が終わった後も長く保持されていました.
Naik と彼女の同僚が最近 Cell のレビュー ペーパーで議論したように 、広範囲の組織の幹細胞は、免疫系との化学的「対話」に関与し、両方の側、そしておそらく他の多くの細胞型が情報をプールして、変化する状態に最も効果的に対処します.それらの会話の詳細が何であれ、すべての証拠は、幹細胞がその歴史の記録を保存することによって組織をより適応可能にするのを助ける中心的な役割を果たしていることを示しています.
「組織がその経験から学ぶことの方が理にかなっている」と Naik 氏は述べた。 「そうすれば、毎回車輪を再発明する必要がなくなります。」
