インディアナ大学の研究者らは、窃盗犯が家に入るために窓を割るのに似た方法で、細胞に物理的な力を使って侵入する病原体のこれまで知られていなかったプロセスを発見しました。これは、感染を防ぐための体の免疫防御を突破するものです。
これは、結核、マラリア、クラミジアなど、壊滅的な感染症を引き起こす細胞内病原体に対する戦いにおいて、潜在的なゲームチェンジャーを紹介しています。これらの病気は、病原体が宿主細胞内に保護されているため、治療が非常に困難です。
「私たちの研究は、代表的な病原体であるトキソプラズマを使用し、一部の細胞内病原体が宿主細胞への侵入時に物理的な力を適用し、その結果、病原体が分解を回避し、細胞内で生存することを示しています。この研究は、病原体の運動性を標的とすることが、細胞内の感染と戦うための新しい方法である可能性を示唆しています。」と、インディアナ大学ブルーミントン校のアーツアンドサイエンスカレッジの化学科の教授、ヤン・ユウ博士（Yan Yu, PhD）は述べています。
通常、侵入する病原体が貪食細胞（細菌、ウイルス、その他の異物を破壊する責任のある白血球の一種）に遭遇すると、貪食細胞に捕らえられて摂取されます。このプロセスから逃れる病原体については、それらの病原体が細胞内の分解機構を「麻痺」させる「秘密の武器庫」を放出しなければならないと一般的に考えられています。
しかしながら、ユウ博士の研究は、この一般的な信念は真実ではないことを示しています。
彼女と共同研究者は、病原体が免疫細胞内で摂取されることを避けるために「推進力」を発揮することができることを発見しました。この力強い侵入により、病原体はこれらの浸潤者を分解する能力を欠いた液胞へと転移されます。液胞とは、細胞内での貯蔵や消化のために予約された構造です。
この研究を行うために、ユウ博士と同僚らは、マウス由来の細胞に病原性寄生虫トキソプラズマを導入し、蛍光顕微鏡を通してその振る舞いを観察しました。これらの生きた寄生虫は、力強く侵入して免疫細胞内で繁殖しました。
最大の課題は、生きた寄生虫が未知の化学物質によって免疫防御を逃れるのか、それとも単に力によるものかを判断することでした。この問題に取り組むため、ユウ博士と彼女のチームは、力を発揮したり化学物質を生成したりすることができない不活性化された寄生虫を作成しました。生きた寄生虫とは異なり、これらの「ゾンビ」寄生虫は細胞内で迅速に分解されました。
研究者らはその後、磁気ツイーザーを使用して免疫細胞内に不活性化された寄生虫を押し込み、生きたトキソプラズマで観察された力強い侵入を模倣しました。このように模擬的な力強い侵入を受けた不活性化された寄生虫は、生きた対応物と同様に分解を回避しました。これは、病原体の生存を説明するのは化学物質ではなく、侵入の力であることを示唆しています、とユウ博士は述べています。
寄生虫の動きを第2の実験で操作するために、研究者らは「ツイーザーシステム」を磁気ナノ粒子と共に開発する必要がありました。また、行動をシミュレートするための計算モデルを開発するために、テネシー大学のチームとも協力しました。
さらに、研究者らは酵母を使用して同じ実験を行い、観察されたメカニズムがトキソプラズマだけでなく、他の感染症原因物質にも見られることを確認しました。
「この研究は、免疫回避における物理的な力の貢献を明らかにし、細胞内感染と戦うための病原体運動の標的化の重要性を強調しています」とユウ博士は述べています。
「この研究が、人間の健康に害を及ぼすさまざまな感染症と戦うための新しい取り組みに最終的に貢献することを期待しています。」
この研究は、2023年11月30日にPNAS誌に掲載され、「細胞内侵入の推進力が病原体を免疫分解から逸れさせ、貪食細胞シナプスを再構築する」（Propulsive Cell Entry Diverts Pathogens from Immune Degradation by Remodeling the Phagocytic Synapse）と題されています。
この研究は、国立衛生研究所と国立科学財団によって支援されました。
画像：トキソプラズマ・ゴンディ
[News release] [PNAS abstract]
