TLR4刺激に対するマクロファージ応答の調整におけるパラクリンシグナル伝達の役割を、一細胞サイトカイン分泌解析によって明らかにする

Science Signaling 16 Jun 2015:
Vol. 8, Issue 381, pp. ra59
DOI: 10.1126/scisignal.aaa2155

Qiong Xue^1,*,†, Yao Lu^1,*, Markus R. Eisele^1,2,‡, Endah S. Sulistijo¹, Nafeesa Khan¹, Rong Fan^1,§, and Kathryn Miller-Jensen^1,3,§

¹ Department of Biomedical Engineering, Yale University, New Haven, CT 06520, USA.
² Institute for System Dynamics, University of Stuttgart, 70569 Stuttgart, Germany.
³ Department of Molecular, Cellular, and Developmental Biology, Yale University, New Haven, CT 06520, USA.

§ Corresponding author. E-mail: rong.fan@yale.edu (R.F.); kathryn.miller-jensen@yale.edu (K.M.-J.)

* These authors contributed equally to this work.

† Present address: Novartis Institutes for BioMedical Research Inc., Cell & Gene Therapies, Cambridge, MA 02139, USA.

‡ Present address: Department of Molecular Structural Biology, Max-Planck Institute of Biochemistry, 82152 Martinsried, Germany.

要約 マクロファージは、複数のサイトカインを産生するだけでなく、複数のサイトカインに応答し、それによって集団としての最終応答を方向付けている可能性がある。リポ多糖（LPS）によるToll様受容体4（TLR4）の刺激に応答してマクロファージから分泌される炎症性サイトカインのプロファイル形成の際にパラクリンシグナル伝達が果たす役割を決定するために、われわれは、マイクロウェルベースでの単一細胞によるサイトカイン分泌の多重測定と細胞集団によるサイトカイン分泌の解析を組み合わせた。細胞単離によってパラクリンシグナル伝達が消失すると、インターロイキン6（IL-6）やIL-10など、LPSによって刺激されるサイトカインのサブセットがマクロファージ様U937細胞とヒト単球由来マクロファージ（MDM）から分泌される量は減少した。単一細胞データのグラフィカルガウスモデル（GGM）で、パラクリンシグナルの制御ネットワークが明らかになった。これを、集団を対象とし、抗体を介してサイトカインを個別に中和させる実験で検証した。腫瘍壊死因子α（TNF-α）は、GGMネットワークのなかでもっとも影響力のあるサイトカインであった。「分泌量の多い」細胞からなる小規模のサブ集団から分泌されるTNF-αによるパラクリンシグナル伝達は、細胞集団によるIL-6およびIL-10の大量分泌に必要であったが十分ではなかった。単離されたMDMによるIL-10分泌量の相対的な減少は、TNF-α分泌量の増加と関連したことから、炎症性応答の阻害もパラクリンシグナル伝達に依存することが示唆される。われわれの結果は、根底に細胞間の不均一性があるにもかかわらず迅速に自然免疫応答を調整するために集団内の細胞間コミュニケーションが果たす、これまで特徴付けられていなかった役割を明らかにしている。

Citation: Q. Xue, Y. Lu, M. R. Eisele, E. S. Sulistijo, N. Khan, R. Fan, K. Miller-Jensen, Analysis of single-cell cytokine secretion reveals a role for paracrine signaling in coordinating macrophage responses to TLR4 stimulation. Sci. Signal. 8, ra59 (2015).