女性が自己免疫疾患になりやすい理由を解明：X染色体の秘密

第二のX染色体の沈黙 

女性は良いものを持ちすぎている：それはX染色体と呼ばれます。

哺乳類界では、生物学的性別は、すべての雌細胞に2本のX染色体が存在するかどうかで決まります。雄の細胞にはX染色体が1本だけ存在し、Y染色体と呼ばれるもっと短い染色体と対になっています。

Y染色体は活動的な遺伝子をほんの一握りしか含んでいません。Y染色体なしで全く問題なく生きることは十分に可能です。実際、地球上の人々の半分以上（女性）はY染色体を持たずに問題なくやっています。しかし、X染色体の少なくとも1つのコピーなしでは、男性でも女性でも、哺乳動物の細胞は生き残ることができません。X染色体は、多数の活動的なタンパク質指定遺伝子を持っています。

それでも、女性細胞のすべてで、X染色体によって指定される無数のタンパク質の2倍の量を生産するリスクがありますが、Y染色体にはそうではありません。これほど多くのタンパク質の大量生産は致命的です。

自然は、X染色体不活性化と呼ばれる巧妙で、複雑な回避策を考案しました。胚発生の早い段階で、発生中の女性哺乳動物の各細胞は、2つのX染色体のうちの一方または他方の活動を停止する独立した決定をします。その決定が一度行われると、それは発達中の胎児のこれらの細胞の子孫に伝えられます。この方法で、女性細胞と男性細胞の両方で、X染色体指定のタンパク質の同じ量が生産されます。研究者らは発見しましたが、X染色体の不活性化は自己免疫疾患につながる可能性がありますが、他の要因もこれらの疾患を引き起こすことができます。それが男性が時々これらを発症する理由です。

偉大な平等化

X染色体の不活性化は、Xistと呼ばれる分子のおかげで達成されます。Xistの遺伝子はすべてのX染色体、男性細胞が持つ単一のものを含むすべてに存在します。しかし、Xist自体は、その遺伝子が存在するX染色体が一致したXXペアの1つである場合にのみ生成され、そのペアの1つのメンバーにのみ展開されます。

Xist遺伝子は長い非コーディングRNAをコードします。タンパク質を作る指示を持たない、いわゆる長い非コーディングRNA（lncRNA）分子は、タンパク質エンコーディングRNAの種類と同じくらい多くの異なる種類があります。これらのlncRNA分子は染色体の伸びに自分自身を配置し、それらの場所の遺伝子を読むことに責任を持つ細胞機構がそうする可能性を変えることができます。

Xist lncRNAは、ほとんどよりもはるかに長いです。Xistは女性哺乳動物細胞の2つのX染色体のうちの1つの長いセクションをコートしますが、常に1つだけで、その染色体の出力をゼロまたはそれに近いものにします。他のX染色体は、細胞を快適に保つために必要なだけのRNAエンコードの指示を出し続けます。

しかし、Xistが余分なX染色体に巣くうことは、lncRNA、それに結合するタンパク質、それらのタンパク質に結合する他のタンパク質、そしてそれらのタンパク質がくっつくDNAの奇妙な組み合わせを生成します。これらの複合体は強い免疫応答を引き起こすことをチャン博士と彼の同僚たちは学びました。

2015年、チャン博士のグループは、Xistに結びついたり、それらのタンパク質に結びついたりする約100のタンパク質を特定しました。これにより、この分子がX染色体の遺伝子指定領域に沿ってアンカーを置くことができました。

このXist「パーツリスト」を検査することにより、チャン博士はXistの協力タンパク質の多くが自己免疫疾患と関連していることが知られていることに気づきました。X染色体の不活性化の過程で生成されるRNA-タンパク質-DNA複合体が、女性と男性との間の著しく高い自己免疫率を引き起こしている可能性があるのだろうか？その疑問が新しい研究の動機でした。

男性がXistを作ったらどうなるか？

女性ホルモンの作用や、沈黙しているはずの第二X染色体による異常なタンパク質生産など、競合する可能性のある原因を排除するために、研究者らはXistのボールをオスのコートに投げ入れました。研究チームはXistの遺伝子を2つの異なる系統の雄の実験用マウスのゲノムに組み込みました。一方の系統は全身性エリテマトーデスに似た自己免疫症状に罹患しやすく、雌は雄よりも罹患しやすいことがわかりました。もう一方は耐性でした。

挿入されたXist遺伝子は2つの方法で改良されていました。Xist遺伝子は化学的な方法でオン・オフが可能で、科学者たちが望むときだけXistを送り出します。Xist遺伝子はまた、そのRNA産物が、それが縫い込まれた雄マウスの染色体の遺伝子をもはや沈黙させないように、わずかに調整されていました。

女性の体のすべての細胞はXistを生産します。しかし、数十年にわたり、私たちは標準参照として男性細胞系を使用してきました。

その修正されたXist遺伝子を単に挿入することは、マウスに目立った影響を与えませんでした。しかし、その遺伝子が活性化されると、挿入された遺伝子から生成されたXistは、以前にXistと密接に協力していることが見つかったほぼすべてのタンパク質と特徴的な複合体を形成しました。

ではXistを生産するように促された生物工学的な男性マウスは、それを一切生産しない通常の男性マウスや、Xistの遺伝子が挿入されているが活性化されていない男性よりも自己免疫にかかりやすいのでしょうか？

全身性エリテマトーデス様の自己免疫状態を誘発することで知られる刺激物を感受性のあるマウス系統に注射することによって、研究者らはXistを作った雄と、何も作らない通常の雄の効果を比較することができました。

これらの感受性のあるマウスでは、Xist遺伝子が活性化された雄は、雌のそれに近づく割合で全身性エリテマトーデス様の自己免疫を発症しました。そして、非生物工学的な雄よりもかなり多くの割合でそうでした。

感受性のある系統のいくつかの雌またはXist活性化雄マウスで自己免疫が見られなかったことは、Xistの活性化だけでなく、何らかの組織損傷ストレス（この場合、刺激物の注射によって引き起こされた）も自己免疫を始動させるために必要であることを示しています。

自己免疫に抵抗する系統では、生物工学的に作られた雄マウスでXistを活性化することは自己免疫を誘発するのに十分ではありませんでした。これは、この系統では雌でさえ自己免疫を発症することがほとんどないという事実によって予測されるかもしれません。これは、自己免疫が発症するためには、Xistの活性化だけでなく、適切な遺伝的背景も必要であることを示唆しています。

自己免疫に対するこれらの制約は幸運です。なぜなら、制約がなければすべての女性が免疫を発症する可能性が高くなるからです、とチャン博士は指摘しました。

より良い自己免疫スクリーニングパネルに向けて

自己免疫の発達の初期段階は、自己組織または細胞産物を標的とする自己抗体の出現です。自己免疫の約100人の患者からの血液サンプルの詳細な検査は、Xistに関連する多くの複合体に対する自己抗体の存在を示しました。これらの自己抗体のいくつかは、一つまたは別の自己免疫疾患に特異的であり、症状が発症する前に特定の新たな自己免疫疾患を特定する可能性のあるユーティリティを示しています。他のXist関連タンパク質に対する自己抗体は、いくつかの疾患にまたがり、それらを自己免疫の可能な共通のマーカーとして指定しています。

「女性の体のすべての細胞はXistを生産します。しかし、数十年にわたり、私たちは標準参照として男性細胞系を使用してきました。その男性細胞系はXistもXist/タンパク質/DNA複合体も生産しません。また、以来テストに使用された他の細胞もそうではありませんでした。したがって、女性患者のすべての抗Xist複合体抗体（女性の自己免疫感受性の巨大な源）は見過ごされます。」とチャン博士は言いました。

ジョンズ・ホプキンス大学医学部、ストックホルムのKTH王立工科大学、チューリッヒのスイス連邦工科大学の研究者らが、この作業に貢献しました。

画像：女性の体内のすべての細胞では、染色体対から適切なレベルのタンパク質が産生されるように、一方のX染色体が無効化されている。しかし、2番目の染色体がシャットダウンされる方法によって、見慣れない分子構造が生成され、その構造を標的とする抗体（赤で示す）が誘発される可能性がある。(Credit: Emily Moskal)​​

写真：Dr. Howard Chang（Howard Chang, MD, PhD）

by Stanford Medicine senior science writer Bruce Goldman, February 1, 2024

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