宿主のミトコンドリアが腸内マイクロバイオームの多様性に影響を及ぼす：ROSの役割

Sci. Signal. 02 Jul 2019:
Vol. 12, Issue 588, eaaw3159
DOI: 10.1126/scisignal.aaw3159

Tal Yardeni¹, Ceylan E. Tanes², Kyle Bittinger², Lisa M. Mattei², Patrick M. Schaefer¹, Larry N. Singh¹, Gary D. Wu³, Deborah G. Murdock¹, and Douglas C. Wallace^1,4,*

¹ Center for Mitochondrial and Epigenomic Medicine, Children's Hospital of Philadelphia, Philadelphia, PA, USA.
² Division of Gastroenterology, Hepatology, and Nutrition, Children's Hospital of Philadelphia, Philadelphia, PA, USA.
³ Division of Gastroenterology, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA, USA.
⁴ Department of Pediatrics, Division of Human Genetics and Metabolism, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA, USA.

* Corresponding author. Email: wallaced1@email.chop.edu

要約

腸内細菌叢およびミトコンドリアゲノムの変化は、いずれも疾患の発生に関連する。その理由を検討するために、われわれは、ミトコンドリア機能を変化させる遺伝子に様々な変異を有するマウスの腸内細菌叢を調べた。これらの研究では、ミトコンドリアの遺伝的多様性によって、腸内細菌叢の群集構成が変化することが明らかになった。交差哺育試験により、新生仔マウスの初期の細菌叢は哺育母マウスから得たものであるが、2ヵ月以内に、同一遺伝子型の哺育されていない仔のマイクロバイオームに特徴的な細菌叢へと進行することが見出された。腸内細菌叢の変化に関連するミトコンドリアDNAバリアントの分析により、細菌叢の種の多様性は、宿主の活性酸素種（ROS）産生と相関することが示唆された。ROS存在量によって腸内細菌叢が変化しうるかどうかを検討するために、マウスの加齢、N-アセチルシステイン投与、あるいは、ミトコンドリア内に特異的にROSスカベンジャーのカタラーゼを発現させる改変を行った。3つの条件すべてによって、細菌叢が初期に確立したものから変化した。したがって、これらのデータから、ミトコンドリアの遺伝子型は、ROS産生と腸内細菌叢の種の多様性の両方を調節することが示唆され、腸内細菌叢と頻度の高い疾患表現型との関連は、基礎にあるミトコンドリア機能の変化に起因する可能性があると考えられる。

Citation: T. Yardeni, C. E. Tanes, K. Bittinger, L. M. Mattei, P. M. Schaefer, L. N. Singh, G. D. Wu, D. G. Murdock, D. C. Wallace, Host mitochondria influence gut microbiome diversity: A role for ROS. Sci. Signal. 12, eaaw3159 (2019).