マラリア感染におけるマウス肝臓の空間的・単一細胞レベルでの宿主－病原体相互作用。
マラリア寄生虫がヒトの赤血球に到達するには、まず肝臓に入り、そこで数日の間に少数の寄生虫が分化・複製することが必要です。この肝臓での段階が、寄生虫のライフサイクルにおけるボトルネックとなっているため、効果的で持続的なワクチンを開発する上で理想的なターゲットとされています。ストックホルム大学の研究者らとその共同研究者は、空間トランスクリプトミクス（Spatial Transcriptomics: ST）および単一細胞RNAシーケンシング（scRNA-seq）技術を用いて、初めてマウス肝臓におけるマラリア感染の時空間マッピングを実現しました。この研究成果は2024年8月19日にNature Communicationsに発表されました。
研究の背景と目的
ストックホルム大学の分子生物科学部門の准教授であるヨハン・アンカークレブ博士（Johan Ankarklev, PhD）は、「感染により異なる遺伝子発現パターンが肝臓組織全体でどの位置に存在するかを特定できるようになったことは、マラリア研究にとって大きな進展です。これは宿主－病原体相互作用を組織の実際のコンテキストで調べるための新たなプラットフォームとなり、創薬やワクチン開発に貢献する新たなターゲットの発見につながる可能性があります」と述べています。
この研究は、ストックホルム大学のヨアキム・ルンデバーグ教授（Joakim Lundeberg, PhD）、カロリンスカ研究所のエマ・R・アンダーソン准教授（Emma R. Andersson, PhD）、アメリカ国立衛生研究所（NIH）のジョエル・ベガ＝ロドリゲス准教授（Joel Vega-Rodriguez, PhD）、およびベルギーのVIB研究所のシャーロット・スコット教授（Charlotte Scott, PhD）との共同で行われました。
研究手法と技術的アプローチ
ルンデバーグ教授のグループで開発された空間トランスクリプトミクス技術を使用し、全組織切片の画像を取得した上で、数千のスポットにバーコード化されたプローブを設置し、寄生虫に感染したマウス肝臓組織の遺伝子発現を捉えました。さらに、単一細胞RNAシーケンシングの高解像度データと組み合わせることで、組織内の特定の細胞タイプを解読することも可能になりました。
マラリアの肝臓ステージ－期待されるワクチン開発への影響
マラリア寄生虫のライフサイクルの中で、肝臓での段階は非常に少数の寄生虫しか生き残れないことから、大きなボトルネックとなっています。このため、この段階をターゲットにした効果的かつ持続的なワクチン開発が期待されています。アンカークレブ博士は「マラリア寄生虫のライフサイクルにおける症候性血中ステージに比べ、肝臓ステージは非常に未解明な部分が多く、空間的マッピングによる研究が大きな進展をもたらす」と述べています。
主な発見
・初期感染段階の炎症反応：寄生虫周囲の組織部位では、初期の肝臓感染段階で炎症遺伝子が活性化されていることが確認されました。
・後期感染段階の脂肪酸代謝：後期では、寄生虫周囲の部位で脂肪酸代謝に関連する遺伝子が発現され、これが寄生虫の大量複製に必要な栄養素の供給と免疫回避を同時に達成する手段であると考えられています。
「炎症ホットスポット」構造の発見：さらに、感染部位に高密度で存在し、炎症および免疫活性化遺伝子シグネチャーを有する「炎症ホットスポット」構造が発見されました。この構造は、以前からウイルス感染で見られていたもので、寄生虫の排除が成功した部位を表す可能性があります。
マラリア研究および創薬研究へのインパクト
この研究により、マラリア感染の理解が深まり、将来的には、感染メカニズムに基づいた創薬およびワクチン開発における重要なターゲットが特定されることが期待されます。また、他の組織感染性病原体の研究にも応用できる可能性が示唆されています。
