科学者たちは、伝統的に細胞のリサイクルセンターと考えられてきた構造であるリソソームが、心臓の自然なリズムの調節にも役割を果たしていることを発見しました。
リバプール大学とオックスフォード大学の研究者らは、国内外の共同研究者と協力し、リソソームが心臓細胞のシグナル伝達センターとして機能し、心臓が速く鼓動する必要があるときに心臓の天然ペースメーカーが反応するのを助けていることを発見した。
Cardiovascular Research Journalに掲載されたこの研究結果は、心拍リズムの調節に関与する生物学的プロセスについて新たな洞察を提供し、一般的な心拍リズム障害である心房細動などの状態に関する将来の研究に役立つ可能性がある。
以前の研究では、リソソームが心臓細胞のカルシウムシグナル伝達に影響を与える可能性があることが示されていました。しかし、これまで、心臓のペースメーカーと心拍数の制御におけるそれらの役割は研究されていませんでした。
これを探るため、研究者らは動物実験と、実験室で培養したヒト心臓細胞およびヒト心臓組織を使用した実験を組み合わせた。マウス、モルモット、ラット、ヤギからの発見は、リソソームシグナル伝達が健康な組織と病気の組織の心臓機能にどのように寄与するかを調査するのに役立ちました。
研究者らは次のことを発見しました。
- リソソームは心拍数の調節に重要な役割を果たします。
- それらは、心拍数の加速に関与する重要なメッセンジャー分子の 1 つである cAMP が関与する、これまで未確認のシグナル伝達経路を通じて通信します。
- この経路の構成要素は、心房細動では変化するようです。
リバプール大学薬理学・治療学部のレベッカ・アン・バートン准教授で、この研究の上級責任著者は、「これらの発見は、リソソームのカルシウムシグナル伝達と心臓の天然ペースメーカーを調節する経路との間のこれまで認識されていなかった関連性を明らかにしている」と述べた。
「これは、リソソームのカルシウムシグナル伝達が、単に既存のカルシウムシグナルを強化するのではなく、心臓細胞におけるcAMPの産生を引き起こす可能性があることを示した最初の研究です。また、心臓のペースメーカーにおけるこの経路の特定の役割を実証した最初の研究でもあります。」
「これらの発見を総合すると、心臓細胞がどのようにシグナル伝達を調整するかについての理解が広がり、心調律障害を調査するための新たな道が提供される可能性があります。」
この研究は、リソソームから発生する信号が、通常は心拍数を上昇させる刺激に対する心臓の天然ペースメーカーの反応を助けることを示しました。研究者らはまた、リソソームが心拍数の上昇に関与する重要なメッセンジャー分子の 1 つである cAMP のレベルを上昇させる可能性があることも発見しました。
研究チームは、CaMKII と AC1 という 2 つのタンパク質が、この経路の構成要素である可能性があることを特定しました。 AC1は心臓細胞内のリソソームの近くに位置しており、リソソーム由来のカルシウムシグナルが心臓のリズムの制御を助ける細胞系に迅速に中継される可能性があることを示唆している。
研究者らは心房細動におけるリソソームの役割も調査した。彼らは、動物モデルとヒト組織サンプルの両方でリソソームが大きく、洞調律制御組織と比較して他の細胞構造との空間的関係が変化していることを発見した。研究チームはまた、リソソーム機能と、損傷した成分の分解とリサイクルを担う細胞プロセスであるオートファジーに関連するタンパク質の変化も特定した。
ハイデルベルク大学マンハイム医学部の臨床科学者であり、この研究の著者でもあるニールス・フォークト教授は、「心房細動は最も一般的な不整脈であり、リソソームシグナル伝達を標的とすることで、この一般的な症状の治療法開発に全く新しい道が開かれる可能性がある」と述べた。
この研究の著者であるオックスフォード大学薬学部のアントニー・ガリオネ教授は、「この研究は、リソソームのカルシウム放出に関するさらに別の特定の役割を特定し、これらの小さな細胞小器官が高度に局在化したカルシウムシグナルを提供して重要な細胞プロセスを選択的に調節できることを強調している」と付け加えた。
まとめると、これらの発見は、心房細動が、細胞内シグナル伝達ドメインや細胞小器官組織の変化を含む、心房心筋細胞内の構造リモデリングに関連していることを示唆しています。これらの変化が疾患の発症または進行にどのように寄与するかを判断するには、さらなる研究が必要です。
この研究は英国王立協会とウェルカム トラストから資金提供を受けています。
「リソソームシグナル伝達経路は心臓のリズムに影響を与え、心房機能を調節する」という論文は、Cardiovascular Journal (DOI:10.1093/cvr/cvag207) に掲載されました。
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