Immunoproteasome Deficiency Impairs Microglial Clearance and Worsens Tau and Amyloid Pathology

技術要約：免疫プロテアソームの欠損がミクログリアによるクリアランスを阻害し、タウおよびアミロイド病理を悪化させる

問題提起
アルツハイマー病（AD）における免疫プロテアソーム誘導の役割は未解決のままである。AD脳内の反応性グリアは免疫プロテアソームの発現増加を示すが、この応答がプロテオスタシスを維持するための保護的なメカニズムとして機能しているのか、あるいは神経炎症を悪化させる不適応な増幅因子として機能しているのかは不明である。重要な知識の空白は、誘導型免疫プロテアソーム機能の喪失が、病理学的タンパク質カーゴ（タウおよびアミロイドβ）に対するミクログリアの処理にどのように影響するかという点にある。具体的には、ミクログリアによる凝集体の取り込みが、細胞内クリアランスの成功を意味するのか、あるいは免疫プロテアソーム活性が欠如した状況下で取り込み後の分解不全が存在するのかが解明されていない。

方法論
本研究では、遺伝子改変マウスモデル、ライブセルイメージング、in vivo顕微鏡観察、およびトランスクリプトーム解析を組み合わせたマルチモーダルなアプローチを採用した。

• 遺伝子モデル: 著者らは、L7M1マウス（誘導型触媒サブユニットβ2i/MECL-1およびβ5i/LMP7を欠損）を、2つのAD関連モデル（タウオパチーのPS19マウス、およびアミロイド・タウ病理を有するAPP/hTauダブルノックイン（dKI）マウス）と交配させた。
• In Vivo および In Vitro イメージング:
  • In vitro: 野生型（WT）およびL7M1マウス由来のプライマリミクログリアを、DS9細胞（変異型タウYFPを発現）と共培養し、ライブセル・タイムラプスイメージングを用いて取り込みと分解を評価した。
  • In vivo: CX3CR1-GFPレポーターマウスとL7M1マウスを交配させ、縦断的な2光子顕微鏡観察を行った。皮質にAAVを介してmCherry-TauP301Lを発現させ、タウ封入体の取り込みと解消を6時間にわたってリアルタイムで追跡した。
• 行動および生化学的アッセイ: モリス水迷路テストにより空間学習と泳動運動学を評価した。ウェスタンブロッティングおよびネイティブ・インゲル活性測定により、リン酸化タウ負荷量および構成的26Sプロテアソーム活性を測定した。ミトコンドリア呼吸能は、単離した脳ミトコンドリアを用いたSeahorse細胞外流束解析により評価した。
• トランスクリプトミクス: マウス脳のシングル核RNAシーケンシング（snRNA-seq）を実施した。さらに、ヒトのROSMAP snRNA-seqデータセット（FujitaらおよびMathysら）を再解析し、ミクログリアの免疫プロテアソーム発現レベルと、カーゴ処理およびミトコンドリア遺伝子プログラムとの相関を調べた。

主な結果

1. 病理の増悪: 免疫プロテアソームの欠損は、PS19マウスにおけるリン酸化タウ負荷を有意に増加させ、APP/hTau dKIマウスにおけるタウおよびアミロイドβの両方の病理を悪化させた。これは、構成的26Sプロテアソーム活性の抑制を伴わずに、ミクログリアの反応性亢進（Iba1およびCD11b面積の増加）とともに起こった。
2. 行動表現型: モリス水迷路における脱出潜時（escape latency）に変化はなかったが、L7M1含有マウスはハイパーキネティックな泳動表現型（速度および経路長の増加）および末梢探索戦略を示した。これは純粋な認知機能低下ではなく、ストレス応答性または運動駆動性の行動を示唆している。
3. 取り込み後のクリアランス不全:
   • In vitro: L7M1ミクログリアはタウ凝集体を伴う物質を取り込んだが、それを効率的に分解できなかった。ライブイメージングにより、取り込まれたカーゴが拡大した細胞内コンパートメント内に残留していることが明らかになり、WTと比較して「消化対取り込み比」が著しく低下していることが示された。
   • In vivo: 縦断的な2光子イメージングにより、ベースラインの取り込み能力はジェノタイプ間で同等であったものの、コントロールのミクログリアは6時間以内に取り込まれたタウを進行的に解消（resolution）したのに対し、L7M1ミクログリアはカーゴを保持または蓄積し続けることが確認された。
4. トランスクリプトームのリモデリング: マウスのsnRNA-seqは、L7M1/APP/hTau dKIマウスにおける、P2ry12低/Trem2高のプロファイルを持つ特異的なミクログリア状態を特定した。決定的なことに、これらの細胞はエンゲージメントマーカーが増加しているにもかかわらず、カーゴ処理遺伝子（例：Anxa3, Mertk）の発現が減少していた。
5. ヒトにおける相関: ヒトのsnRNA-seqデータセットの再解析により、免疫プロテアソムの発現が低いミクログリアにおいて、同様の食作用からリソソームへの遺伝子プログラムのリモデリングが見られることが判明し、マウスでの知見の臨床的妥当性が支持された。
6. ミトコンドリアのシグネチャー: 免疫プロテアソームの欠損は、中枢神経系細胞全体におけるミトコンドリアおよびタンパク質恒常性経路の転写抑制と関連していた。しかし、単離された脳ミトコンドリアは正常な呼吸能（State 3呼吸および呼吸制御比）を保持しており、これらの転写変化は、粗大なオルガネラの不全ではなく、細胞状態としての代謝ストレスを反映していることが示唆された。

意義および結論
本論文は、免疫プロテアソームの生合成は、ADに関連する環境下において、病理学的カーゴの取り込み後における処理に不可欠な、保護的かつストレス適応的なグリア応答であると結論付けている。本研究は、ミクログリアの「エンゲージメント（取り込み）」と「レゾリューション（分解・解消）」を区別し、免疫プロテアソームの欠損がこれらのプロセスをデカップリング（分離）させることを実証した。その結果、ミクログリアは「活性化しているが非効率」な状態となり、病理学的カーゴを細胞内に保持し続け、それが炎症シグナルを維持し、タウおよびアミロイドの蓄積を悪化させる。

著者らは、治療戦略は免疫プロテアソーム活性を広範に抑制することではなく、プロテオスタシスに逆効果となる可能性のある免疫プロテアソム依存的な分解能を維持または回復することに焦点を当てるべきであると主張している。これらの知見は、ADにおいてミクログリアの活性化とタンパク質負荷の増大が共存するメカニズムへの説明を提供し、免疫プロテアソムをグリアのプロテオスタシスにおける重要なチェックポイントとして位置づけている。