細胞殺人事件から約 25 年が経ち、科学者らは未解決事件の謎を解明しました。ショウジョウバエからマウス、そしてヒトへと続く証拠の軌跡をたどることで、珍しいヒトの免疫不全症が共食い細胞によって引き起こされる可能性があることが明らかになりました。この発見は、新興のがん治療を強化するための有望な見通しを示しています。「この論文は、ショウジョウバエにおける非常に基本的な細胞生物学から始まり、ヒトの病気を説明し、その知識をがん治療に活用するまでを網羅しています。それぞれのステップが大発見のように感じられますが、ここにはすべてが一つの論文にまとまっています。」とカリフォルニア大学サンタバーバラ校のデニース・モンテル博士（Denise Montell, PhD）は述べています。
モンテル博士の研究室の研究者らは、2023年12月18日に「Hyperactive Rac Stimulates Cannibalism of Living Target Cells and Enhances CAR-M-Mediated Cancer Cell Killing（活性化されたRacが生存する標的細胞の共食いを刺激し、CAR-Mによるがん細胞の殺害を強化する）」と題した論文をPNASに発表し、現在、そのメカニズムと影響について調査しています。この論文はオープンアクセスで公開されています。
古代の遺伝子
この物語の主要な登場人物は、Rac2という遺伝子と、それがコードするタンパク質です。Rac2はヒトのRac遺伝子3つのうちの1つです。「Racは進化の中で非常に古く、基本的な機能を果たしているに違いありません」と、分子、細胞、および発達生物学のダガン教授であり卓越教授であるモンテル博士は述べています。
Racタンパク質は、細胞骨格と呼ばれる細胞の足場を構築するのに役立ちます。細胞骨格は、細胞がその形を維持したり、必要に応じて変形したりすることを可能にする動的なフィラメントで構成されています。
1996年、モンテル博士はショウジョウバエの卵巣の小さな細胞群を研究している間に、Racタンパク質が細胞の動きに不可欠であることを特定しました。それ以来、Racは動物細胞の細胞運動のほぼ普遍的な調節因子であることが明らかになりました。
90年代に、モンテル博士は、ショウジョウバエの卵室の数個の細胞にのみ発現するRac1タンパク質の活性形が、約900細胞で構成される全組織を破壊することに気づきました。「この活性Racを6〜8細胞に発現させるだけで、全組織が死滅します」と、モンテル博士の研究室のプロジェクト科学者であるアビナバ・ミシュラ博士（Abhinava Mishra PhD）は説明しました。
この現象が起こる理由、そしてそのメカニズムは何か。「これが私たちの25年前の未解決事件でした」とモンテル博士は言います。
数年前、組織破壊に細胞の消費、または共食い行動が関与している可能性を示唆する証拠が増え始めました。通常のショウジョウバエの卵の発達段階には、境界細胞と似た特定の細胞が、もはや必要なくなった隣の細胞を消費するステップがあります。実際、細胞の共食い行動は予想されるほど珍しいものではありません：毎秒数百万の古い赤血球が人体からこの方法で除去されています。
Rac2はこの複雑な摂食プロセスの一部です。Racは、摂食する細胞がその標的を包み込むのを助けます。このタンパク質の活性形が境界細胞を早期に隣人を消費する原因となっているのではないかとチームは興味を持ちました。
これが起こるためには、境界細胞がその標的を認識する必要がありますが、これには特定の受容体が必要です。実際、ミシュラ博士がこの受容体をブロックしたとき、活性化されたRacを発現する境界細胞は隣人を消費せず、卵室は生きたまま健康を保ちました。
「私たちの25年前の未解決事件が解決され、それは私たちにとって非常に満足のいくものでした。しかし、これはショウジョウバエの卵の発達の非常にニッチな領域です。」とモンテル博士は語りました。しかし、その意味するところはすぐに広がりました。
謎の免疫疾患
研究室がそのブレークスルーを達成した頃、モンテル博士は「Blood」誌の興味深い研究に気づきました。この論文は、再発性感染症に苦しむ3人の関連性のない患者が、血液細胞で生成されるRacタンパク質であるRac2を過剰に活性化する全く同じ変異を持っていることを発見しました。彼女は、彼女の研究室の最近の発見がこの謎を解明するのに役立つかもしれないと疑いました。
患者の変異はわずかに活性化するものでしたが、それでも彼らは複数の感染症に苦しみ、最終的には骨髄移植が必要でした。血液検査は、これらの患者がほとんどT細胞を持っていないことを明らかにしました。T細胞は、免疫システムに不可欠な特殊な種類の白血球です。国立衛生研究所のチームは、マウスにRac2の変異を挿入し、同じ謎のT細胞の損失を発見しました。彼らはまた、過剰に活性化したRacを持つT細胞が動物の骨髄で正常に発達し、成熟を続けるために胸腺に移動したことを発見しました。しかし、その後、彼らは単に消えてしまったようでした。したがって、論文は謎で終わりました：T細胞が消える原因は何だったのでしょうか？
その雑誌の研究の著者は、多くの患者の好中球（もう一つの種類の白血球）が拡大していることに気づきました。彼らは、通常の健康な人には珍しい、かなりの量の物質を消費しているようでした。
モンテル博士は、活性化したRac2を持つ先天性免疫細胞、好中球が、活性化されたRacを持つショウジョウバエの境界細胞が卵室を食べるのと同じように、患者のT細胞が消失している原因は、それらが食べられているからではないかと疑いました。彼女のチームは、より貪欲なカウンターパートであるマクロファージに注意を向けて調査を行いました。
ミシュラ博士は、活性化したRac2を持つマクロファージと持たないマクロファージを、T細胞と共に培養しました。彼は、活性化したRacを持つマクロファージがより多くの細胞を消費することを観察し、これにより、ショウジョウバエでの作業からのグループの仮説が確認されました。
この仮説が観察された免疫不全の原因であるかどうかをテストするために、共著者であるメラニー・ロドリゲス氏（モンテル博士の研究室の大学院生）は、患者と同じ過剰に活性化したRac2変異を持つマウスから骨髄サンプルを取りました。
その後、彼女は骨髄幹細胞をマクロファージに成長させ、ミシュラ博士と同様の実験を行いましたが、今回はRac2変異を持つマクロファージとT細胞、および変異を持たない両方のマクロファージとT細胞を混合しました。
ロドリゲス氏は、活性化したRac2を持つマクロファージが、通常の対照群よりもはるかに多くのT細胞を消費することを発見しました。しかし、活性化したRac2を持つT細胞も、どちらの種類のマクロファージからも消費されやすくなっていました。したがって、患者の失われたT細胞の最も可能性の高い説明は、マクロファージによる消費の増加と、T細胞自体の消費の脆弱性の増加の組み合わせでした。ヒトの医学的な謎は、ショウジョウバエでの基本的な観察に基づいて解決されました。
この洞察の影響は、2020年1月に共著者のメーガン・モリッシー博士（Meghan Morrissey PhD）がUCSBで教授職の面接を受けた際に拡大しました。彼女の講演では、がん細胞を食べるようにマクロファージをプログラミングすることで病気を治療する新しいアプローチ、いわゆるCAR-Mについて説明しました。
モリッシー博士は、CAR受容体をマクロファージに追加することで、この振る舞いを促進できることを発見しました。しかし、マクロファージにより多く食べさせることができれば、特にがん細胞全体を特異的に消費し、殺す場合に、このアプローチをより効果的にすることは明らかでした。
モンテル博士と彼女の研究室が学んだことがあれば、それはマクロファージが完全な、生きた細胞を食べて殺す方法を知っていることでした。そこで、彼らはCAR-Mアプローチの効果を高めるために活性化されたRac2を追加するかどうかを決定するために、モリッシー博士と協力しました。
現在、分子、細胞、および発達生物学の助教授であるモリッシー博士は、活性化されたRac2を持つ正常および変異マウスの骨髄からマクロファージを成長させました。この各グループで、モリッシー博士はダミー受容体またはB細胞（もう一つの種類の白血球）を認識するCAR受容体のいずれかを発現させました。
彼らは、ダミー受容体を持つ正常および活性化したRac細胞が多くのB細胞標的を食べなかったことを発見しました。モリッシー博士が以前に示したように、CAR受容体を持つ正常なマクロファージははるかに多くのB細胞を消費しました。しかし、活性化したRacとCAR受容体の両方を持つマクロファージは、CARのみのグループの2倍ものB細胞を食べました。活性化されたRac2はまた、複数のがん細胞を食べて殺す「スーパーイーター」と呼ばれる貪欲なマクロファージの数を増やすように見えました。
この結果は、活性化されたRacと受容体の両方が強化された効果に必要であることを明らかにしました。「適切な受容体なしに活性化されたRacを追加しても何も起こりません」とモンテル博士は説明しました。
このレベルの制御は、任意の潜在的治療法にとって良いニュースです。なぜなら、医師は変更されたマクロファージの攻撃をがん細胞に集中させる方法を持つことになるからです。臨床医は、以前にロドリゲスが発見したように、患者のT細胞を食べるように設計された細胞について心配する必要はありません。なぜなら、T細胞はこれにより脆弱になる活性化されたRac2変異を持たないからです。
現在、CAR-Tと呼ばれるがん治療があります。これは、CAR受容体と患者自身のT細胞を使用してがんを攻撃し、破壊します。これはいくつかのがんに対して非常に効果的ですが、反応しないものも多くあります。
CAR-MはCAR-Tの新しいいとこで、最近ヒトでの臨床試験に入り、これまでのところ安全であるようです。モンテル博士と彼女のグループは、Racによって強化されたCARマクロファージを使用してCAR-M治療の有効性を高めることに関心を持っています。彼らはこの技術について暫定的な特許を申請し、RaceCAR-Mと呼ぶこのアプローチをさらに開発するためにバイオテクノロジー企業とのパートナーシップを募集しています。
この新しい多面的な論文は、基本科学と実践的な質問の両方を提起し、研究室はそれに取り組み始めました。彼らは、実験室で非常に効果的なこの技術が、新鮮に収集されたヒトの免疫細胞やマウスとゼブラフィッシュの動物がんモデルでも機能するかどうかを調査しています。チームはまた、細胞の深部でRac2がこれらすべてをどのように実現しているのかを分子レベルで探求しています。
将来的には、モンテル博士はRaceCAR-M治療が成功裏に対象とすることができるがんの種類がどれだけあるかを知りたいと考えています。比較のために、CAR-Tは白血病やリンパ腫などのがんに対して効果的でしたが、乳がん、肺がん、大腸がんなどの固形腫瘍がんには効果がありませんでした。
結果は、100以上の論文を持つ著名な細胞生物学者であるモンテル博士を驚かせました。「これまでで私のお気に入りの論文です」と彼女は言いました。
「私たちはこの25年前のショウジョウバエでの未解決事件を解決しました。そして、それが私たちが説明できなかったヒトの免疫不全の謎を解決するのに役立ちました。そして、私たちはその知識を潜在的ながん免疫療法を強化するために活用しました。」とモンテル博士は付け加えました。
「それは次から次へと謎で、Racがそれらすべての答えでした。」
Genetics Society of AmericaのSNPetsインタビューで、ショウジョウバエから潜在的ながん治療への道のりについて、モンテル博士の詳細を聞くことができます。エピソード4-6です。
