トランスサイトーシス

トランスサイトーシス （ cytopempsisとしても知られています）は、さまざまな高分子が細胞の内部を横切って輸送されるタイプの経細胞輸送です。高分子は、細胞の片側の小胞に捕獲され、細胞を横切って引き出され、反対側で排出されます。輸送される高分子の例には、IgA、トランスフェリン、およびインスリンが含まれます。トランスサイトーシスは上皮細胞で最も一般的に観察されますが、プロセスは他の場所にも存在します。毛細血管はトランスサイトーシスの有名な部位ですが、腸のニューロン、破骨細胞、M細胞を含む他の細胞で発生します。

規制

トランスサイトーシスの調節は、このプロセスが観察される多くの異なる組織のために大きく異なります。トランスサイトーシスのさまざまな組織特異的メカニズムが特定されています。 ERからゴルジ体への輸送の一般的に使用される阻害剤であるブレフェルジンAは、イヌ腎細胞のトランスサイトーシスを阻害することが示されており、トランスサイトーシス制御の性質に関する最初の手がかりが得られました。イヌ腎細胞のトランスサイトーシスは、Rab11aおよびRab25と同様に、Rab17によって頂端膜で調節されることが示されています。イヌ腎細胞のさらなる研究により、MAPK1によるRab11FIP5の活性化をもたらすYesによるEGFRのリン酸化を含むシグナル伝達カスケードがトランスサイトーシスをアップレギュレートすることが示されています。トランスサイトーシスは、プロゲステロンとエストラジオールの組み合わせによって阻害され、その後妊娠中のウサギ乳腺でプロラクチンを介した活性化が阻害されることが示されています。甲状腺では、濾胞細胞のトランスサイトーシスはTSHによって積極的に調節されています。過酸化水素によって誘導されるカベオリン1のリン酸化は、肺血管組織のトランスサイトーシスの活性化に重要であることが示されています。したがって、トランスサイトーシスの調節は組織によって異なる複雑なプロセスであると結論付けることができます。

病因における役割

高分子を細胞間で輸送するプロセスとしてのトランスサイトーシスの機能により、病原体が組織に侵入できる便利なメカニズムとなります。トランスサイトーシスは、腸上皮および血液脳関門を通過するクロノバクター・サカザキイの侵入に重要であることが示されています。 リステリア菌は、杯細胞を横切るトランスサイトーシスを介して腸管腔に入ることが示されており、腸管出血性大腸菌によって分泌される滋賀毒素は、腸管腔にトランスサイトーシスされることが示されています。これらの例から、トランスサイトーシスはさまざまな感染因子の病因のプロセスに不可欠であると言えます。

臨床応用

ルンドベックなどの製薬会社は現在、ヒト血液脳関門（BBB）を越えて治療薬を輸送するためのメカニズムとして、トランスサイトーシスの使用を検討しています。体自体の輸送メカニズムを活用することで、BBBの高い選択性を克服することができます。これは通常、ほとんどの治療抗体の脳および中枢神経系（CNS）への取り込みをブロックします。製薬会社のジェネンテックは、BACE1酵素機能を効果的に阻害する治療用抗体を合成した後、脳内で適切かつ効率的な抗体レベルを伝達する際に問題を経験しました。ＢＡＣＥ１は、アミロイド前駆体タンパク質を処理して、凝集してアルツハイマー病に関連するアミロイド斑を形成する種を含むアミロイドβペプチドに変換する酵素である。

分子は、1）細胞の細胞内コンパートメントを通る経細胞経路、または2）隣接細胞間の細胞外空間を通る傍細胞経路のいずれかにより、上皮または内皮バリアを越えて輸送されます。経細胞経路は経細胞増殖とも呼ばれます。トランスサイトーシスは、受容体を介したものであり、3つのステップで構成されます。1）細胞の片側、例えば管腔側の分子の受容体を介したエンドサイトーシス。 2）エンドソーム系内の細胞内区画を通る分子の移動。および3）細胞の反対側、例えば反管腔側の細胞外空間への分子のエキソサイトーシス。

トランスサイトーシスは単方向性または双方向性のいずれかです。一方向性のトランスサイトーシスは、管腔から反管腔方向、または反管腔から反管腔方向に選択的に起こります。

トランスサイトーシスは、in vivoで血液脳関門（BBB）を形成する脳微小血管内皮が、ユニークで上皮のような高抵抗性の密着結合を発現するため、脳微小血管ペプチドおよびタンパク質輸送で顕著です。脳内皮タイトジャンクションは、脳内の微小血管内皮壁を通る溶質輸送の傍細胞経路を事実上排除します。対照的に、末梢器官の内皮バリアは密着結合を発現せず、傍細胞経路を通る溶質の動きは、脳または脊髄以外の器官の内皮バリアで顕著である。

BBBを横切る受容体を介したトランスサイトーシス（RMT）は、脳への薬物送達、特に組換えタンパク質などの生物学的薬物の潜在的な経路です。非輸送性薬物または治療用タンパク質は、輸送タンパク質に遺伝的に融合しています。トランスポータータンパク質は、インスリン受容体またはトランスフェリン受容体などの脳内皮受容体上の輸送を介してRMBをBBBを介して受ける内因性ペプチドまたはペプチド模倣モノクローナル抗体であり得る。トランスポータータンパク質は、分子トロイの木馬として機能し、受容体特異的なトロイの木馬タンパク質に遺伝的に融合された治療用タンパク質を脳に送り込みます。

BBBインスリンまたはトランスフェリン受容体を標的とするモノクローナル抗体トロイの木馬は、ロサンゼルスのバイオテクノロジー企業であるArmaGen、Inc.で10年以上にわたって医薬品開発を行っています。 ArmaGenは、インスリン受容体とトランスフェリン受容体の両方に対して遺伝子操作された抗体を開発し、これらの抗体にリソソーム酵素、治療用抗体、デコイ受容体、ニューロトロフィンなどの異なる治療用タンパク質を融合しました。これらの治療用タンパク質は単独でBBBを通過しませんが、トロイの木馬抗体への遺伝子融合の後、治療用タンパク質は小分子に匹敵する速度でBBBに浸透します。 2015年、ArmaGenは、トランスサイトーシス経路を介して脳にタンパク質薬物を送達するBBBトロイの木馬融合タンパク質を用いたヒト臨床試験への最初の参入となります。 ArmaGenが最初に対象とするヒトの疾患は、脳に悪影響を与えるリソソーム蓄積症です。遺伝性疾患は、特定のリソソーム酵素が産生されない状態を引き起こし、精神遅滞、行動障害、認知症などの深刻な脳の状態につながります。不足している酵素は製薬会社で製造できますが、酵素だけでは脳を治療することはできません。酵素だけではBBBを通過しないからです。 ArmaGenは、欠落しているリソソーム酵素を、BBBを通過するトロイの木馬酵素融合タンパク質として再設計しました。新しいトロイの木馬融合タンパク質技術の最初の臨床試験は、Hurler症候群とも呼ばれるムコ多糖症I型疾患（MPSIH）の1つ、およびハンター症候群とも呼ばれるMPS II型を含むリソソーム蓄積症の脳を治療します。

Genentechの研究者は、BBB膜に結合し、受容体を介したトランスサイトーシスを誘発し、反対側で脳とCNSに放出できる二重特異性抗体の作成を提案しました。彼らは、異なる機能を実行する2つの活性部位を持つマウス二重特異性抗体を利用しました。一方の腕には、トランスサイトーシスを誘発する低親和性の抗トランスフェリン受容体結合部位がありました。高親和性結合部位は、トランスサイトーシス後、抗体がBBB膜から放出できないことをもたらします。このように、輸送される抗体の量は、バリアの両側の抗体の濃度に基づいています。もう一方のアームには、BACE1機能を阻害し、アミロイドプラーク形成を防止する、以前に開発された高親和性抗BACE1結合部位がありました。 Genentechは、マウスモデルで、新しい二重特異性抗体が脳の治療レベルに到達できることを実証できました。受容体を介したトランスサイトーシス活性化因子に結合することにより、治療抗体を偽装および輸送するジェネンテックの方法は、「トロイの木馬」法と呼ばれています。