成長因子によって引き起こされる脱シアリル化は、糖脂質-レクチン駆動のエンドサイトーシスを制御する

2025-04-29 Tue
脱シアリル化糖脂質-レクチンエンドサイトーシス細胞移動細胞接着グリコシル化上皮成長因子
細胞生物学において、細胞表面糖タンパク質の糖鎖修飾（グリコシル化）は、細胞シグナル伝達、細胞接着、および細胞移動などのプロセスにおいて重要な役割を果たしています。糖鎖修飾の動的な変化が、どのように細胞内輸送や機能を調節するか、特にエンドサイトーシス（細胞内取り込み）を通じて細胞表面受容体の内部化を制御するかは、まだ完全には解明されていません。上皮成長因子（EGF）は重要な成長因子の一つであり、上皮成長因子受容体（EGFR）と結合することで、細胞の増殖、移動、および生存に影響を与える一連の細胞内シグナル伝達イベントを引き起こします。しかし、EGFが細胞表面糖タンパク質の糖鎖修飾を調節することでエンドサイトーシスに影響を与えるかどうか、そしてそのメカニズムについては、まだ十分に研究されていません。
本研究は、EGFが細胞表面糖タンパク質の脱シアリル化（デシアリル化）を調節することでエンドサイトーシスを引き起こすかどうかを探り、その分子メカニズムを明らかにすることを目的としています。脱シアリル化とは、糖タンパク質の糖鎖からシアル酸（シアリック酸）を除去するプロセスであり、シアル酸の存在は通常、糖タンパク質とレクチン（ガレクチン-3、Gal3など）との結合に影響を与えます。Gal3は細胞表面に広く存在するレクチンであり、脱シアリル化された糖タンパク質を認識することで、クラスリン非依存性（クラスリン非依存）のエンドサイトーシスを引き起こすことができます。本研究は、EGFがどのように脱シアリル化を介してエンドサイトーシスを調節するかを明らかにし、細胞表面糖鎖修飾の動的な調節を理解するための新しい視点を提供します。
論文の出典本論文は、Ewan Macdonald、Alison Forrester、Cesar A. Valades-Cruzら複数の著者によって共同で執筆され、フランスのキュリー研究所（Institut Curie）、デンマークのコペンハーゲン大学（University of Copenhagen）、および米国国立衛生研究所（NIH）など、複数の研究機関から寄稿されています。論文は2025年3月に『Nature Cell Biology』誌に掲載され、タイトルは「Growth factor-triggered de-sialylation controls glycolipid-lectin-driven endocytosis」です。
研究の流れと結果1. EGFが細胞表面糖タンパク質の脱シアリル化を引き起こす研究はまず、EGFが細胞表面糖タンパク質の脱シアリル化を引き起こすかどうかを実験的に検証しました。研究者らはMDA-MB-231乳がん細胞株を使用し、EGF刺激下でGal3が細胞表面に結合する量が著しく増加することを観察しました。この現象は、舌扁平上皮がん細胞やマウス胚性線維芽細胞など、複数の細胞株で確認されました。DANA（シアル酸阻害剤）を用いて細胞を処理した結果、EGF誘導性のGal3結合はシアル酸の活性に依存していることが示され、EGFが脱シアリル化を介してGal3の結合を調節していることが明らかになりました。
2. 脱シアリル化の分子メカニズムEGFがどのように脱シアリル化を引き起こすかを明らかにするため、研究者らはsiRNAスクリーニングとCRISPR遺伝子編集技術を用いて、Neu1とNeu3という2つのシアル酸がこのプロセスにおいて重要な役割を果たしていることを発見しました。Neu1とNeu3は細胞膜に存在するシアル酸で、酸性環境下で活性が増加します。さらに、EGFがNa+/H+交換体NHE1を活性化することで細胞外環境を酸性化し、Neu1とNeu3を活性化して脱シアリル化を引き起こすことが示されました。この発見は、EGFシグナル伝達と脱シアリル化との間の分子的なつながりを明らかにしました。
3. 脱シアリル化がエンドサイトーシスを引き起こす次に、研究者らは脱シアリル化がエンドサイトーシスを引き起こすかどうかを検討しました。蛍光標識されたα3β1インテグリン抗体を用いた実験により、EGFがα3β1インテグリンのエンドサイトーシスを著しく増加させることが観察されました。このプロセスはGal3の結合に依存しており、Gal3、NHE1、またはシアル酸の活性を阻害すると、EGF誘導性のエンドサイトーシスが著しく抑制されました。これにより、脱シアリル化がGal3を介してエンドサイトーシスを引き起こすことが示されました。
4. 脱シアリル化と細胞移動の関係最後に、研究者らは脱シアリル化が細胞移動においてどのような役割を果たすかを検討しました。細胞由来マトリックスおよび逆転侵襲実験を用いた結果、EGFがMDA-MB-231細胞の移動を著しく促進することが示されました。この効果はGal3とシアル酸の活性に依存しており、脱シアリル化がエンドサイトーシスだけでなく細胞移動においても重要な役割を果たしていることが示されました。
結論と意義本研究は、新しい調節メカニズムである「脱シアリル化糖スイッチ」を提案し、EGFがどのように脱シアリル化を介して細胞表面糖タンパク質のエンドサイトーシスと機能を調節するかを明らかにしました。この発見は、細胞表面糖鎖修飾の動的な調節を理解する上で新たな視点を提供し、腫瘍細胞の移動や浸潤に関する新しい分子メカニズムを提示しました。さらに、本研究は脱シアリル化プロセスを標的とした治療戦略の開発に理論的根拠を提供するものであり、特にがん治療分野において重要な意義を持ちます。
研究のハイライト新しい調節メカニズム：本研究は初めて「脱シアリル化糖スイッチ」の概念を提唱し、EGFが脱シアリル化を介してエンドサイトーシスを調節する分子メカニズムを明らかにしました。
多層的な実験検証：siRNAスクリーニング、CRISPR遺伝子編集、蛍光標識、電子顕微鏡など、さまざまな技術を用いて、分子、細胞、および全体レベルで脱シアリル化がエンドサイトーシスと細胞移動に及ぼす影響を包括的に検証しました。
臨床応用の可能性：本研究は、腫瘍細胞の移動と浸潤に関する新しい分子メカニズムを提示し、脱シアリル化プロセスを標的とした治療戦略の開発に理論的根拠を提供します。
その他の重要な情報本研究の知見はEGFシグナル伝達に限定されず、他の成長因子やシグナル経路にも適用可能です。例えば、腫瘍壊死因子（TNF）も同様のメカニズムを通じてエンドサイトーシスを引き起こすことが示されており、脱シアリル化糖スイッチが広く存在する調節メカニズムである可能性を示唆しています。さらに、本研究は免疫調節や神経シグナル伝達における細胞表面糖鎖修飾の役割を理解するための新たな視点を提供します。