ボストンのタフツ大学の生物学者が率いる研究チームは、発生中の胚にある脳が、感染を防ぐのに役立つシグナルを発生期の免疫系に提供し、細菌の挑戦を生き抜く胚の能力を大幅に改善することを発見した。 研究者たちは、脳を取り除いた状態で発達し続けるカエルの胚を使用して、脳のない胚は免疫細胞の力を傷害または感染部位に集結させることができず、胚をより迅速に感染に陥れることを発見した。対照的に、脳の存在は、細菌の脅威を克服するために損傷部位に免疫細胞を誘導するのに非常に役立つ。
この研究は、2020年2月4日に NPJ Regenerative Medicine でオンラインで公開された。 このオープンアクセスの論文は「In Vivoの脳と細菌のインターフェース：自然免疫の重要な調節因子としての発達脳（An In Vivo Brain-Bacteria Interface：The Development Brain as a Key Regulator of Innate Immunity）」と題されている。
発生中の胚では、脳と免疫系の両方が完全には形成されていない。 免疫系は、その一部として、感染にすぐに反応し、トレーニングを必要とせず、抗体を産生することのない、細胞の「生得的な」システムで主に構成されている。 それにもかかわらず、これらの細胞は、感染部位に向かって動き、反応を引き起こすように促す信号を必要とする。
研究チームは、脳が発生期の免疫システムを導く信号に寄与するように見えることを発見した。 脳のないカエルの胚が大腸菌に感染したとき、胚の約16％だけが生き残ったが、脳の存在は感染から50％以上を保護した。 免疫細胞のマーカーを追跡することで、免疫細胞の組成は脳の有無にかかわらず変わらないため、効果は脳が免疫系の発達を何らかの形で妨げることによるものではないことを確認した。 その代わり、彼らはその影響が脳が免疫細胞にシグナルを送り、感染部位に向かっていることに起因することを発見した。
「バクテリアを飲み込んで感染の負担を減らすことができる生来の免疫系細胞であるマクロファージは、脳の存在なしでは適切に移動しないことがわかった」と、タフツ大学 生物学教授のMichael Levin博士は述べた。 「脳とその神経伝達物質のシグナルがなければ、遺伝子発現と自然免疫系の活動がおかしくなり、細菌性病原体に対する感受性が高まる。」
感染時の胚性脳シグナル伝達の他の役割には、感染の有害な影響から保護するのに役立つ細胞死の予防や炎症の軽減など、細胞応答の誘導が含まれる場合がある。
免疫系の異常は、さらに開発された脳のない胚でも観察された。 研究者は、損傷後に骨髄細胞、マクロファージ、好中球、その他の細胞型を含む免疫細胞の種類を追跡すると、脳のない胚の骨髄細胞が損傷部位から遠く離れた場所に集まっていることを発見した。 対照的に、無傷の脳を持つ正常な胚の骨髄細胞は、損傷部位に堆積して治癒を助ける。 実際、脳のない胚では、以前の研究で実証されたように、骨髄細胞は異常で混乱した末梢神経ネットワークの周りに密集する傾向があった。
脳のない胚の遺伝子発現の異常の検査は、神経伝達物質ドーパミン（学習と動機付けのために脳で使用されるシグナル伝達化学物質）の減少も指摘し、そのドーパミンは免疫細胞を活性化して感染の初期段階で移動する役割を果たす可能性がある。感染部位に免疫細胞の定足数が存在しないと、脳のない胚はその致命的な影響を受けやすくなる。
「我々の結果は、細菌と脳と体の軸内の深い相互関係を示している。初期の脳は、病原菌を『感知』し、感染細胞および分子と戦うことを目的とした反応を作り出すことができる」と、タフツ大学アレンディスカバリーセンターの研究科学者IIで論文の筆頭著者であるCelia Herrera-Rincon博士は述べた。
この研究の他の著者には、タフツ大学アレンディスカバリーセンターのJean-Francois Paré氏、Christina Harrison氏、Alina Fischer氏、Sophia Jannetty氏、フロリダ大学生理学科学部准教授 のChristopher Martyniuk博士、大学院生のAlexandre Dinis氏 とVishal Keshari氏、そしてハーバード大学ウィス生物学研究所の上級スタッフエンジニアであるRichard Novak氏が含まている。
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アフリカツメガエル（カエル）胚で脳は発達し、中枢神経系の一部が緑色（上から下が中脳、左が網膜）で、脳神経が赤で示されている。(Credit: Celia Herrera-Rincon, Tufts University)
BioQuick News:Developing Brain Is Key Regulator of Innate Immunity in Embryo; Brain Somehow “Senses” Bacterial Pathogens and Sends Signals to Immune Cells Directing Them to Site of Infection
