熱帯熱マラリア原虫の肝臓の開発 - 浙江ホットプロダクツ株式会社

Nature Communications volume 14、記事番号: 4631 (2023) この記事を引用

1161 アクセス

13 オルトメトリック

メトリクスの詳細

肝臓における熱帯熱マラリア原虫（Pf）原虫の発生は、Pf に感染した蚊に刺された後のヒト宿主における生活環の最初の段階を表します。ライフサイクルを中断するには魅力的な段階ですが、既存の in vitro モデルの限界により、寄生虫と肝細胞の相互作用の理解は不十分です。我々は、肝細胞オルガノイド（HepOrgs）のPf発生への適合性を検討し、これらの細胞が寄生虫の侵入、さまざまなPf株の分化、成熟を可能にすることを示します。 Pf 感染 HepOrg 細胞の単細胞メッセンジャー RNA シーケンス (scRNAseq) により、感染後 5 日目に 80 個の Pf 転写物が上方制御されていることが特定されました。転写プロファイルの変化には、肝細胞の異なる代謝経路が関与しており、スカベンジャー受容体 B1 (SR-B1) 転写物が高度に上方制御されていることがわかります。シゾント成熟における新たな機能的関与が、新鮮な初代肝細胞で確認されている。したがって、HepOrgs は、基礎的な生物学的研究とマラリア制御のための新しいツールの臨床開発の加速に対応する、Pf 肝段階の多用途の in vitro モデルの強力な基盤を提供します。

マラリアは世界の主要な感染症の 1 つであり、特にサハラ以南のアフリカでは、2021 年には 2 億 4,700 万人が感染し、61 万 9,000 人が死亡するなど、大規模かつ増加する疾病負担の原因となっています11。いくつかのマラリア原虫種が人間に影響を及ぼす可能性がありますが、疾病負担の大部分は以下の病気によって引き起こされます。熱帯熱マラリア原虫（Pf）。マラリアは、吸血中に感染したメスの蚊によって人間の宿主の皮膚に注入される少数の肝臓感染性 Pf 寄生虫 (スポロゾイト) によって感染します。最大数時間以内に、これらのスポロゾイトの多くが血流を介して肝臓に到達し、肝細胞に侵入します。臨床的に沈黙した7日間の細胞内複製と分化の後、各スポロゾイトは推定10,000個の血液感染性娘寄生虫（メロゾイト）を生じさせる可能性がある。これらのメロゾイトは、破裂した肝細胞から血流中に放出され、そこで臨床疾患の原因となる循環赤血球内での無性複製の 48 時間サイクルを開始します。

注入されたスポロゾイトの数が少ないことを考えると、ヒト宿主感染のこの初期段階は、血液段階のマラリア中に大量の寄生虫が発生する前の、寄生虫のライフサイクルの中で比較的脆弱で重要な段階に相当します。したがって、これらの寄生虫から肝臓の段階を標的とする非常に効果的な薬剤やワクチンが利用可能であれば、マラリアの制御と撲滅にとって大きな資産となるでしょう。主な要因は、侵入した肝細胞内で発生中の寄生虫間の動的な相互作用に関する基本的な生物学の理解が欠如していることです。これには、感染プロセス中に宿主と寄生虫のトランスクリプトーム/プロテオームの偏りのない調査を使用することで最も効果的にアプローチできます。主な障害は、完全な Pf 発現を含む代表的な in vitro 肝細胞培養物が存在しないことです。凍結保存された初代ヒト肝細胞が使用されていますが、ばらつきがあり、許容性が低いため、そのような分析には不十分な材料が提供されます2。あるいは、新たに単離された初代ヒト肝細胞へのアクセスと入手可能性は限られています。両方のソースの肝細胞は、限られた日数しか培養状態で維持できません。最後に、HC-04 を含む肝細胞株の使用は、完全な開発が報告されているものの、ほとんどの場合、寄生虫と肝細胞の相互作用の初期事象 (つまり、横断と侵入) の検査に限定されています。

オルガノイドは、幹細胞または一次組織に由来する三次元構造であり、研究対象の器官/組織の重要な構造的および機能的側面を再現します。成体幹細胞に由来する場合、これらの in vitro 構造は長期間にわたって拡張できます 4。我々は最近、ヒト肝細胞からオルガノイドを増殖させるプロトコルを確立しました5。これらのオルガノイドは、単一の肝細胞から樹立され、重要な形態学的、機能的、および遺伝子発現の特徴を保持しながら、数か月間増殖させることができます。オルガノイドの転写プロファイルは、肝部分切除術後の増殖中の肝細胞の転写プロファイルに似ています。ヒト肝細胞オルガノイド (HepOrgs) は、マウスに移植された後、広範囲に増殖します。我々は、ドナーの年齢と指数関数的拡大期の長さの間に逆相関があることを観察しました。実際、胎児肝細胞は初代肝細胞 (HuHeps) によく似たまま、無限に増殖させることができるオルガノイド株を生成します6。

100 schizonts from three biological replicates with standard deviation. For the HepOrg A, each point represents the average of median of KK2, KIFM, KU1 where >25 schizonts are measured for each line at each time point. For HepOrg B, each point represents the average of median of KIFM, KK2, KK3 and KU1 where > 100 schizonts are measured for each line at each time point. Areas under the schizont growth curves of Huheps and respectively HepOrg A (p = 0.001; n = 4 donors) and HepOrg B (p = 0.0002; n = 4 donors) were significantly different (Welch t-test, two-sided). C Confocal images of HepOrgs and D HuHeps at day 5 p.i. showing the expression of typical liver-stage markers; from top to bottom: Circumsporozoite protein (CSP), Exported Protein 2 (EXP2), Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) and human Glutamine Synthetase (hGS). Scale bar is 25 microns. E Confocal images of Merozoite Surface Protein 1 (PfMSP1) in schizonts of HuHeps (top) and HepOrgs (bottom) on day 7-9 p.i. Scale bar is 25 microns. For C, D and E, these stainings have been repeated in three independent experiments and here a representative image is shown for each staining combination. F Average percentage with standard deviation of PfMSP1 positive schizonts from HepOrg B (n = 4; KIFM, KK2, KK3, KU1) and HuHep (n = 3) assessed >100 schizonts per line per time point. See also Fig. S1./p> 2.22−16; HMGCR, p = 0.0062; G6PC, p = 0.0011; PCSK9, p = 2−10; APOB, p > 2.22−16; PPARA, p > 2.22−16; LSS, p = 1.3−7; MTTP, p > 2.22−16. Box plots in C indicate the median (Q2), 25th percentile (Q1) and 75th percentile (Q3) with the whiskers showing the minimum (Q1 – 1.5 × interquartile range) and maximum (Q3 + 1.5 × interquartile range). See also Supplementary Data 2 and 3. Source data are provided as a Source data file and Supplementary Data 5./p>

50 Pf transcripts. Infected HepOrg cells were defined as having more than 1 Pf transcript./p>