DDX24は発達血管新生におけるVEGFおよびWntシグナリングを時空間的に調節する
研究背景
血管系の発生は高度に制御されたプロセスであり、血管新生（vasculogenesis）と血管形成（angiogenesis）という2つの重要な段階を含む。VEGF（血管内皮増殖因子）とWntシグナル経路がそれぞれ末梢神経系と中枢神経系（CNS）の血管発生を調節することが確認されているが、これらの経路の時空間的な協調的制御のメカニズムは未解明のままであった。これまでの研究で、DEAD-box RNAヘリカーゼファミリーの一員であるDDX24の機能欠損が多臓器血管奇形（MOVLD症候群）を引き起こすことが報告されていたが、その分子メカニズムは不明であった。本研究では、DDX24がVEGFとWntシグナル経路を差異的に調節することで、脳と体幹の血管発生を時空間特異的に制御する仕組みを解明することを目的とした。
論文出典
本研究成果は、中山大学第五附属病院、武漢大学、華中農業大学、澳門大学などの共同研究チーム（Fangbin Chen、Zhaohua Dengら）によって行われ、2025年5月8日に学術誌『PNAS』（Proceedings of the National Academy of Sciences）に掲載された。論文タイトルは「DDX24 spatiotemporally orchestrates VEGF and Wnt signaling during developmental angiogenesis」。
研究プロセスと発見
1. DDX24の発現パターン解析
実験設計：
- ゼブラフィッシュ胚の空間トランスクリプトームデータ（Stereo-seq）を用いて、3.3-60 hpf（受精後時間）におけるDDX24の発現動態を解析
- 全胚in situハイブリダイゼーション（WISH）と蛍光in situハイブリダイゼーションによる時空間発現の検証
- フローサイトメトリーによる血管内皮細胞（ECs）の分離とqRT-PCRによる確認
主な発見：
- DDX24は初期胚で広く発現し、24 hpfで体幹血管に濃縮、36 hpf以降は脳領域に局限（図1g-i）
- 蛍光共局在により、DDX24が血管マーカーfli1aとISVs（体節間血管）および脳中央動脈（CTA）で共発現（図1l-m）
- 内皮細胞特異的発現解析では、GFP+細胞でのDDX24発現量がGFP-細胞より3.2倍高値（p<0.001）
2. DDX24欠損の表現型解析
モデル構築：
- 2種類のモルフォリノオリゴヌクレオチド（MO）ノックダウンとCRISPR/Cas9遺伝子編集（16 bp欠失変異体）を実施
- トランスジェニックゼブラフィッシュ系統tg(fli1a:egfp)を用いたライブイメージング
表現型結果：
- 体幹血管：DDX24欠損によりISVの異常分岐（54 hpfで変異体の分岐率82.6% vs 野生型0%）（図2b-c）
- 脳血管：CTAの形成遅延（3 dpfで変異体のCTA数54.3%減少）（図2h-i）
- タイムラプス撮影により、変異体ISV先端細胞（tip cell）のフィロポディア数が2.1倍増加、CTA先端細胞では67%減少（図2e-m）
3. 細胞自律的・非自律的メカニズムの検証
実験方法：
- 胚移植実験：MO処理したドナー細胞を野生型宿主に移植
- in vitroモデル：臍帯静脈内皮細胞（HUVECs）と脳微小血管内皮細胞（HCMECs）の機能実験
機序的証拠：
- 移植実験で、DDX24欠損ECsは野生型環境でもISV過剰分岐を示し（p<0.0001）、細胞自律的機能を証明（図3b-c）
- 逆移植では野生型ECsが変異体環境で異常を示し、非細胞自律的調節を示唆（図3d）
- in vitro実験：DDX24ノックダウンでHUVECsの移動能力1.8倍向上、HCMECsの管形成能力62%低下（図3e-j）
4. 分子メカニズムの解明
マルチオミクス解析：
- RNA-seq：HUVECsでVEGF経路遺伝子（KDR/VEGFR2など）発現上昇、HCMECsでWnt経路遺伝子発現低下（図4a-b）
- RIP-qPCR：DDX24がKDR mRNAの3つの保存領域に直接結合（図4h-i）
- レポーターアッセイ：DDX24欠損でHCMECsのTOPFlash活性71%低下（図4l）
主要経路：
- 体幹血管：DDX24はKDR mRNA分解を促進しVEGFR2発現を抑制（タンパク質レベル2.3倍増加）（図4c）
- 脳血管：DDX24はGPR124/RECK複合体を介しWnt7a/bシグナルを活性化（レスキュー実験でCTA数83%回復）（図4o）
5. 空間トランスクリプトームネットワーク解析
技術革新：
- 15×15 DNB（DNAナノボール）空間分解能のStereo-seq技術を適用
- ECと近接細胞の「微小環境単位」（8最近接スポット）を定義
相互作用ネットワーク：
- 体幹ECは筋細胞とShh-Agrnリガンド-受容体対で相互作用（図5i）
- 脳ECは神経前駆細胞とRgma-Nfkbia軸でWntシグナルを調節（図5k-l）
- 時空間解析：VEGF経路は24 hpf体幹ECで持続的活性化、Wnt経路は60 hpf脳ECで特異的抑制（図5f）
6. 治療戦略の検証
時系列介入実験：
- 20-48 hpfでVEGFR阻害剤Regorafenib（50 nM）投与によりISV異常分岐を完全抑制（図6a-b）
- 5-72 hpfでWnt活性化剤CHIR-99021投与によりCTA数が野生型レベルに回復（p<0.001）（図6d-f）
- 重要な発見：「VEGF抑制→Wnt活性化」の時系列投与のみが両表現型を同時に救済（図6j-m）
研究の価値とハイライト
科学的意義
- 機序の革新：RNAヘリカーゼがmRNA安定性調節により血管発生の時空間特異性を制御することを初めて解明
- 技術的突破：CRISPR編集、空間トランスクリプトーム、ライブイメージングの統合的多次元研究パラダイムを確立
- 理論的貢献：「EC-微小環境対話」モデルを提唱し臓器特異的血管形成を説明（補遺図S14参照）
応用展望
- 臨床転用：MOVLD症候群に対する時系列特異的治療法の開発（特許番号CNP0005537）
- 技術普及：開発した15×15 DNB空間解析法は他の発生生物学研究にも応用可能
研究の特徴
- 時空間精度：単細胞分解能で血管発生の動的制御ネットワークを初捕捉
- 種横断的検証：ゼブラフィッシュモデルとヒト初代細胞データの相互補完
- 転化医学：薬剤時系列介入による表現型救済が直接臨床応用を指導
補足情報
生データはNCBI GEO（GSE185261）とCNGBdb（CNP0005537）に登録。本研究は中国国家自然科学基金（82322008）と国家重点研究開発計画（2024YFA0919700）の支援を受けた。