UCLAとシアトル小児研究所が協力し、最も一般的な免疫グロブリンG（IgG）を産生し放出する遺伝子について新たな洞察をもたらす共同研究を主導しました。この重要な発見は、がんや関節炎などの疾患に対する抗体ベースの治療法の開発や、抗体に依存する医療処置の進化に道を開く可能性があります。
抗体は免疫系において極めて重要な役割を果たすタンパク質です。IgGは、以前の感染症の記憶を保持し、危険な微生物を識別して免疫細胞に排除させる役割を果たします。また、母親からのIgGは新生児の免疫防御に欠かせません。
科学者たちは、血漿B細胞として知られる特定の白血球群がIgGを生成することを長い間知ってきました。これらの細胞は非常に効率的で、毎秒10,000以上のIgG分子を生成します。しかし、血漿細胞が抗体を血液中に放出する正確なメカニズムは未だに完全に解明されていません。
このメカニズムを解明するため、研究者たちは前例のないアプローチを採用しました。彼らは何千もの形質B細胞とその分泌物を収集し、それぞれの細胞が放出するタンパク質の量を、同じ細胞が発現する数万の遺伝子と結びつけるアトラスを作成しました。
細胞とその分泌物を収集するために、研究者たちはUCLAで開発されたナノバイアルと呼ばれる微細なハイドロゲル容器を使用しました。このナノバイアルはお椀のような形状をしており、先行研究からの革新的な技術です。
UCLAとシアトル小児研究所による共同研究により、エネルギー生産および異常なタンパク質の排除に関連する遺伝子が、抗体生成に対する命令を含む遺伝子よりもIgGの大量分泌に対してさらに重要であることが明らかになりました。さらに、これまでIgGの分泌とは関連づけられていなかったCD59遺伝子の存在が、他の既存の遺伝子マーカーよりも高生産性の細胞の予測因子として優れていることも発見されました。
「UCLAサムエリ・スクール・オブ・エンジニアリングのアーモンド＆エレナ・ハラペチアン・プロフェッサー・オブ・エンジニアリング・アンド・メディシン（Armond and Elena Hairapetian Professor of Engineering and Medicine）であり、本研究の共著者であるディノ・ディ・カルロ（Dino Di Carlo）博士は、「細胞内のこれらのプロセスは、タンパク質生成の組み立てラインのようなものです。細胞内でのタンパク質生成は滞りなく進行しなければなりません。細胞が多くのタンパク質を生産している場合、多くのエネルギーが必要であり、混乱したタンパク質を修復するメカニズムが必要です」と述べました。
この研究は、2023年6月15日に『Nature Communications』に掲載されました。このオープンアクセス論文のタイトルは「SEC-Seq: Association of Molecular Signatures with Antibody Secretion（SEC-Seq：抗体分泌と分子シグネチャーの関連性）」です。ディ・カルロ博士は、UCLAのカリフォルニア・ナノシステム研究所とUCLAジョンソン総合がんセンターのメンバーでもあり、この研究の成果は生物学の基礎的理解を推進するだけでなく、生物医学への応用にも期待されています。
科学者たちの分析によれば、抗体の大量分泌に関連する遺伝子の特定は、製薬会社にとって抗体を大量に分泌する細胞を製造する可能性を提供します。この知識は、ワシントン大学の免疫学者リチャード・ジェームズ（Richard James）博士（論文の共同執筆者）が開発中の細胞療法など、患者の体内に直接操作された細胞を導入する新戦略にも応用できるかもしれません。
この研究により、DNAの指示が細胞の行動にどのように変換されるかを理解するための新しいアプローチが示されました。新しい方法は、ナノバイアルと標準的な実験装置を組み合わせて使用し、研究対象の細胞表面のタンパク質と結合する分子を含む各ナノバイアルが一度に1つの細胞を捕捉し、その細胞がナノバイアル内で保護されると同時に分泌物を蓄積し、特異的な抗体に結合する仕組みを備えています。
この研究では、数万の形質細胞とそれらが放出するIgGを、直径が紙の厚さの約3分の1であるナノバイアルに収めました。そして、各細胞のメッセンジャーRNA（mRNA）を分析するための装置を使用しました。個々の体内の細胞は、DNAに書かれた同じ設計図を持っています。したがって、mRNAを調べることで、どの遺伝子が活性化されているかを検出できます。mRNAはこれらの命令を解釈し、各細胞が特定のタンパク質を生成できるようにします。
ディ・カルロ博士は、「各細胞には何層もの情報があります。私たちは、最終的な層である体全体に影響を与えるタンパク質の実際の分泌量を、基本的な層である遺伝情報と結びつけることができます」と述べています。この技術が入手可能になった今、将来の研究でどのような問題に挑むかが最も興味深い点です。
今後の研究では、研究者たちは形質細胞のIgG産生と分泌に関与する遺伝子を特定することを目指しています。
ナノバイアルはディ・カルロ博士が共同設立した企業であり、これらのナノバイアルはCNSI（カリフォルニア・ナノシステム研究所）の学内新興企業インキュベーターであるマグニファイを拠点とするパーティリオン・バイオサイエンス社から市販されています。
この研究の筆頭著者は、ワシントン大学のRene Cheng博士と、2020年にUCLAで博士号を取得し、Partillion社の共同設立者かつCEOであるJoseph de Rutte博士です。他の共著者は、ワシントン大学、Partillion社、およびシアトルに本社を置くルミネックス社に所属しています。この研究は、米国国立衛生研究所とシアトル小児研究所の支援を受けて行われました。
[News release] [Nature Communications article]
