CRISPR/Cas9-mediated miR-155 knockout suppresses glioblastoma cell proliferation through TP53INP1/p53/p21 activation

あなたの体が一つの賑やかな都市であると想像してみてください。その都市の中では、すべての細胞が特定の仕事を持つ労働者です。時として、労働者が「止まれ」の標識を無視して増殖し続けるようにという、悪い指示書を受け取ってしまうことがあります。これが脳の中で起こると、「グリオブラストーマ」と呼ばれる非常に危険で急速に成長する群衆が生まれます。科学者たちは、この群衆の成長を止める方法を見つけようとしてきました。彼らが注目しているツールの一つが、マイクロRNAと呼ばれる極めて小さな分子です。マイクロRNAは、都市の「編集者」や「交通管制官」のようなものだと考えてください。彼らは道路や建物を建設するのではなく、クリップボードを手に、どの遺伝子が一生懸命働くべきで、いつ休憩すべきかを指示します。miR-155と呼ばれる特定の編集者は、脳腫瘍において混沌とした交通警官のように振る舞い、しばしば悪い細胞たちに「進め、もっと速く行け、ルールを無視しろ」と指示してしまいます。しかし、この一つの編集者を止めることが実際に腫瘍を止めることになるのか、あるいは腫瘍が賢すぎて、別の回避策を見つけてしまうのではないのか、科学者たちは確信を持てずにいました。

この研究において、研究者たちは推測をやめて、編集を開始することにしました。彼らは、分子のハサミとして機能するCRISPR/Cas9という強力な遺伝子ツールを使用し、2種類の脳腫瘍細胞において、miR-155を作る遺伝子を永久に切り取りました。彼らは、単に一時的に止めるのではなく、この「混沌とした編集者」を永遠に失ったときに何が起こるのかを知りたかったのです。彼らは、miR-155を切り取ったとき、腫瘍細胞は単に少し減速しただけではなく、激しくブレーキを踏んだことを発見しました。細胞の増殖速度が落ち、細胞に「分割を止める」よう命じる「自己チェック」システムが作動し始めたのです。このシステムには、p53（しばしば「ゲノムの守護神」と呼ばれる）とその助手であるTP53INP1およびp21という有名なタンパク質が関わっています。まるで、混沌とした編集者がいなくなったことで、細胞がついにアラームの音を聞き、座って休憩することに決めたかのようです。

しかし、物語はもう少し面白くなります。なぜなら、同じ編集を行ったとしても、2種類の腫瘍細胞は異なる反応を示したからです。両方の細胞タイプは成長が遅くなりましたが、その「性格」は同じようには変わりませんでした。一方の細胞タイプ（T98G）は、何かに付着したり移動したりする能力を失ったようでしたが、もう一方（U87）は、その移動の習慣はあまり変わりませんでした。研究者たちは、miR-155を取り除くことは細胞の増殖を止める素晴らしい方法ではあるものの、腫瘍が他のあらゆる面で「悪」であり続けることを完全に止めるわけではないことを発見しました。それは、運転免許証を取り上げるようなものです。車は前進を止めますが、エンジンは依然として回転しており、押されれば車は少し転がっていくことができるかもしれません。

遺伝子のハサミの物語

では、科学者たちは具体的に何をしたのでしょうか？彼らは、U87とT98Gという2つの有名な脳腫瘍細胞株を取り、CRISPR/Cas9を用いて永久的な模様替えを行いました。これらの細胞を、同じ都市の中にある2つの異なる近隣地域と考えてください。研究者たちは、分子のハサミを使って、miR-155の特定のDNA指示を切り取りました。彼らは単にボリュームを下げたのではなく、スピーカーそのものを取り除いたのです。彼らはこれらの「ノックアウト」版の細胞を作り出しました。つまり、miR-155がゼロの状態の細胞を作ったのです。

これらの新しい、編集された細胞を手に入れた後、彼らはそれらをテストにかけました。まず、細胞がまだ生きていて、元気に活動しているかどうかを確認しました。答えは「ノー」でした。miR-155のない細胞は、生存し、成長する可能性がはるかに低かったのです。科学者が新しい細胞のコロニーがどれだけ形成できるかを調べたところ、編集された細胞は通常の細胞よりもはるかに成績が悪かったのです。それはまるで、細胞が新しい近隣地域を築こうとする野心を失ったかのようでした。

なぜこのようなことが起きているのかを理解するために、研究者たちはRNAシーケンシングという手法を用いて、細胞の内部にある「指示書」を調べました。これは、細胞の図書室にあるすべてのページを読み、どの本がよく読まれ、どの本が無視されているかを確認することに似ています。彼らは、miR-155を取り除くことで数千の遺伝子が変化したことを発見しました。しかし、ここからが面白いところです。2つの細胞タイプ（U87とT98G）は、それぞれ異なる方法で図書室の内容を変えましたが、両者は一つの大きな物語において一致していました。

両方の細胞タイプにおいて、miR-155の除去は特定の「停止」信号をオンにしました。研究者たちは、TP53INP1という遺伝子が突如として非常に活発になったことを発見しました。TP53INP1を、ボスであるp53を起こす現場監督と考えてください。p53が目覚めると、彼はp21というセキュリティガードを呼び寄せます。このセキュリティガードであるp21は、細胞の「エンジン始動」ボタンの前に立ち、細胞が分裂することを拒否します。研究者たちは、編集された細胞において、TP53INP1、p53、およびp21がすべてフル稼働していることを確認しました。また、細胞が「自殺信号」（Bax）をより多く生成し、「生存信号」（Bcl-2）をより少なく生成し始めたことにも気づきました。これにより、細胞はより脆弱になり、生存しにくくなりました。

展開：すべての細胞が同じではない

「成長を止める」信号は一貫していましたが、その他の変化については意見が分かれました。研究者たちは、miR-155を取り除くことが、細胞の「悪性度」をも止めるのか、つまり、細胞が新しい領域へ侵入したり幹細胞のように振る舞ったりすることを止めるのかを知りたいと考えました。

結果は少し驚くべきものでした。T98G細胞においては、miR-155を取り除くことで、多くの「悪役」としての特性を失わせることができました。彼らは、移動したり形を変えたりするのを助けるタンパク質（Twist、Snail、Vimentinなど）をより少なく生成するようになりました。それはまるで、T98G細胞が突然、より普通の、静かな市民になろうと決めたかのようでした。しかし、U87細胞はこの点においてあまり変化しませんでした。彼らは依然として多くの「悪役」のタンパク質を保持しており、明確な低下が見られたのは一つ（TWIST）だけでした。

彼らが細胞の移動や侵入の能力をテストした際も、結果は再びバラバラでした。両方の細胞タイプとも移動は少し遅くなりましたが、T98G細胞は侵入を全く止めなかった一方で、U87細胞は侵入を止めました。これは、miR-155の除去が細胞の増殖を止める強力な方法ではあるものの、腫瘍が持つ他のすべての問題を自動的に解決するわけではないことを示唆しています。細胞は、たとえ成長速度が落ちたとしても、新しいスペースに潜り込む術を依然として持っている可能性があります。

大きな全体像における意味

この研究の主な教訓は、miR-155がこれらの脳腫瘍細胞を忙しくさせ、増殖させ続けるための鍵となるプレイヤーであるということです。これを永久に除去すると、細胞はTP53INP1、p53、およびp21を含む強力な「停止」システムを起動させるため、激しくブレーキを踏みます。これは、この特定の分子を標的にすることが、腫瘍を遅らせる方法になり得ることを示しているため、非常に重要なことです。

しかし、この研究はまた、それがすべてを解決する魔法の弾丸ではないことも示唆しています。細胞はすべて同じように振る舞ったわけではなく、悪とされる能力をすべて失ったわけでもありません。研究者たちは、実験が人間の複雑な体内環境（免疫系など）を含まない、ラボのシャーレ内で行われたことを指摘しました。したがって、結果はどのように細胞が機能するかを理解する上で非常に有望ですが、これらはあくまで第一歩に過ぎません。もし私たちがこの知識を患者の治療に役立てたいのであれば、腫瘍が動き続ける部分に対処するために、他の治療法と組み合わせる必要があるかもしれない、とこの研究は示唆しています。

要約すると、科学者たちは遺伝子のハサミを使って混沌とした編集者を切り取り、その結果、腫瘍細胞はついに「停止」の標識に従うようになりました。しかし、現実の世界と同じように、成長を止めることは戦いのほんの一部に過ぎません。細胞にはまだいくつかの秘策があり、科学者たちはそれらを止める方法を見つけ出すために、研究を続けていく必要があります。