細胞の言語を解読：プロテオミクスツールが拓く新時代

現在、HHMIのジャネリア研究キャンパス、スタンフォード大学、ブロード研究所の研究者たちが、細胞間のコミュニケーションを解明し、新たな知見を引き出すためのユーザーフレンドリーなツールを開発しています。これにより、科学者は細胞の「言語」を翻訳し、細胞がどのように情報を交換しているのかを明らかにすることが可能になります。

「人体を細胞社会と捉えると、その社会の中で使われている言語を解読し、細胞同士がどのようにコミュニケーションをとっているのかを理解することが私たちの目標です」と語るのは、ジャネリア研究キャンパスのグループリーダーであり、本研究の主要著者の一人であるジエフ・リー博士（Jiefu Li, PhD）です。「この言語を段階的に解明するための手法を開発し、その情報を基にさらなる発見を目指しています。」

 プロテオミクスの力を活かす

新しい研究は、細胞間コミュニケーションに関する革新的な知見を提供するだけでなく、生物学の重要な謎を解き明かすための基盤として「プロテオミクス」（生細胞や生物全体のタンパク質を研究する分野）の可能性を示しています。

「まずプロテオミクスのツールを構築し、それを特定の生物学的疑問に適用して発見を行いました」とリー博士は説明します。「プロテオミクスは、神経科学から免疫学まで、そしてハエからヒトに至るまで、多くの生物学的疑問に適用可能であることを示しています。」

プロテオミクスツール「PEELing」の開発

リー博士はスタンフォード大学で大学院生およびポスドクとして研究を行い、細胞表面に存在するタンパク質を解析するための手法とツールを開発しました。しかし、これを利用する世界中の研究者たちの間で共通の課題が浮上しました。それは、化学生物学やプロテオミクスの専門知識を持たない場合、得られたデータを正確に解釈するのが難しいという点です。

ジャネリアでグループリーダーとしての研究を開始した2022年、リー博士はこの問題を解決するため、科学計算ソフトウェアチームと協力し、「PEELing」と呼ばれる新しいプラットフォームを開発しました。このツールは、空間プロテオミクスデータをクリック一つで解析できるユーザーフレンドリーな設計となっています。

「PEELingは、ジャネリアのような環境がなければ開発できなかったでしょう。ここでは、生物学者がコンピュータ科学者と簡単に連携し、全科学コミュニティに役立つツールを開発することができます」とリー博士は語ります。「化学生物学やプロテオミクスの知識がなくても利用できる方法を提供することで、より多くの研究者が私たちの手法を活用し、生物学的発見に集中できる環境を整えることを目指しています。」

細胞表面の信号を解明

リー博士とその共同研究者たちは、これらのツールを活用して、細胞表面やその内外でのコミュニケーションを詳細に解析しています。以下はその例です：

1.神経細胞における「テニュリン」タンパク質のシグナル伝達

テニュリンは、発達中の脳でシナプスを形成するために軸索と樹状突起を結び付ける役割を持つ膜貫通タンパク質です。この研究では、テニュリンがシナプス結合のシグナルを出した後、細胞内で何が起こるのかを初めて解明しました。この成果は、2024年9月5日に『Cell』誌にオープンアクセス論文として「Molecular and Cellular Mechanisms of Teneurin Signaling in Synaptic Partner Matching（シナプス相手のマッチングにおけるテニューリンシグナル伝達の分子および細胞機構）」というタイトルで発表されました。

2.樹状細胞の活性化における表面タンパク質の変化

樹状細胞は、先天性免疫系と適応免疫系を調整する重要な役割を持ちます。この研究では、樹状細胞が活性化される際に表面タンパク質がどのように変化するのかを解析し、免疫応答の調整に関与する多数のタンパク質の活動を明らかにしました。この成果は、2024年8月12日にJournal of Immunology誌に「Cell-Surface Milieu Remodeling in Human Dendritic Cell Activation」というタイトルで掲載されました。

「これらの研究を通じて、私たちの研究室の中心的な目標である『細胞表面の言語の解読』に一歩近づきました。プロテオミクスは、包括的なシステムビューを提供し、さらなる機構的研究への有益な手がかりを与えることができます」とリー博士は述べています。

 
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