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ゼブラフィッシュのマクロファージの発生停止は、ミクログリアの枯渇の下で行われ、Csf1rに依存しない形質転換細胞が明らかになった
Zebrafish macrophage developmental arrest underlies depletion of microglia and reveals Csf1r-independent metaphocytes.
PMID: 32367800 PMCID: PMC7237208. DOI: 10.7554/eLife.53403.
抄録
マクロファージは造血前駆細胞の複数の供給源に由来する。ほとんどのマクロファージはコロニー刺激因子1受容体（CSF1R）を必要とするが、一部のマクロファージはCSF1Rが存在しない場合でも持続する。ここで、我々は-欠損ゼブラフィッシュのGFP発現マクロファージを解析し、胚性マクロファージが出現した後、その発生が停止することを報告する。分岐した、仮ランゲルハンス細胞、およびアメーバ細胞：幼虫では、+細胞数は、その後、皮膚に2つの異なるタイプを示す増加した。対照的に、数はまた、-変異体で増加したが、排他的にアメーバ細胞が存在していた、我々は非造血起源を持っていることを遺伝的系統のトレースによって示された。アメーバ細胞はマクロファージ関連遺伝子を発現していたが、最近発見された外胚葉由来の細胞であるメタフォサイトに特徴的な食細胞関連遺伝子の発現が減少し、上皮関連遺伝子の発現が増加していた。さらに、欠損ゼブラフィッシュは全身のマクロファージ枯渇を示すことを明らかにした。このように、ゼブラフィッシュの幼少期欠損は、胚から成体までのマクロファージの発達を阻害することが明らかになった。欠損ゼブラフィッシュは生存可能であり、生涯を通じてマクロファージ損失の影響を分析することが可能である。
Macrophages derive from multiple sources of hematopoietic progenitors. Most macrophages require colony-stimulating factor 1 receptor (CSF1R), but some macrophages persist in the absence of CSF1R. Here, we analyzed :GFP-expressing macrophages in -deficient zebrafish and report that embryonic macrophages emerge followed by their developmental arrest. In larvae, + cell numbers then increased showing two distinct types in the skin: branched, putative Langerhans cells, and amoeboid cells. In contrast, although numbers also increased in -mutants, exclusively amoeboid cells were present, which we showed by genetic lineage tracing to have a non-hematopoietic origin. They expressed macrophage-associated genes, but also showed decreased phagocytic gene expression and increased epithelial-associated gene expression, characteristic of metaphocytes, recently discovered ectoderm-derived cells. We further demonstrated that juvenile -deficient zebrafish exhibit systemic macrophage depletion. Thus, deficiency disrupts embryonic to adult macrophage development. Zebrafish deficient for are viable and permit analyzing the consequences of macrophage loss throughout life.
マクロファージと呼ばれる免疫細胞は、体内のあらゆる臓器に存在しています。これらの細胞は、死滅した細胞やがれきなどの大きな粒子や、細菌などの微生物を食べて消化する能力に優れています。また、マクロファージは、発育中の臓器を形成したり、生存中の組織を修復したりするのにも役立っています。マクロファージは、最近まで、血液中を循環する細胞から常に補充されていると考えられていました。しかし、それは、マクロファージの別個の集団は、胚発生の間にほとんどの組織に確立され、それ以上の入力なしで生涯にわたって維持されていることが判明した。ゼブラフィッシュ、げっ歯類、ヒトのこれまでの研究では、呼ばれる遺伝子が非機能的である場合、マクロファージは脳を含む多くの器官から欠落していることが示されています。しかし、一部の組織特異的なマクロファージは依然として存続しており、これらの細胞が遺伝子に依存しているのに対し、他の細胞は遺伝子に依存していない理由は明らかになっていなかった。Kuilらは、生きたゼブラフィッシュにおけるマクロファージの発生におけるこの遺伝子の正確な要件の解読に着手した。実験には、マクロファージの中で緑色の蛍光タンパク質を作るゼブラフィッシュを用いた。これらの魚は透明であるため、Kuilらは生きている魚の中の細胞を観察し、どの遺伝子がオンとオフのスイッチを入れているかを決定するために単離することができることを意味していた。このアプローチにより、遺伝子の変異版を持つゼブラフィッシュは、胚としてマクロファージを作るが、これらの細胞はその後、増殖に失敗し、発育中の器官に移動することが明らかになった。その結果、ゼブラフィッシュの組織内ではマクロファージの数が少なくなり、脳内ではマクロファージが存在しなくなることがわかった。Kuilらは、約2〜3週間齢のゼブラフィッシュに新しいマクロファージが出現したことを示しました。しかし、予想外にも、これらの新しい細胞は通常のマクロファージではなかった。その代わりに、最近発見されたメタフェースと呼ばれる新しい細胞タイプで、マクロファージと類似点はあるが、全く異なる起源を持ち、より速く移動し、粒子を食べないのである。このように遺伝子を欠いたゼブラフィッシュは、ほぼすべてのマクロファージを失うが、メタフェースを保持している。これらのマクロファージを持たない突然変異ゼブラフィッシュは、マクロファージとメタフェースの異なる役割を識別するための更なる研究のための前例のないツールを構成しています。
Immune cells called macrophages are found in all organs in the body. These cells are highly effective at eating and digesting large particles including dead cells and debris, and microorganisms such as bacteria. Macrophages are also instrumental in shaping developing organs and repairing tissues during life. Macrophages were, until recently, thought to be constantly replenished from cells circulating in the bloodstream. However, it turns out that separate populations of macrophages become established in most tissues during embryonic development and are maintained throughout life without further input. Previous studies of zebrafish, rodents and humans have shown that, when a gene called is non-functional, macrophages are absent from many organs including the brain. However, some tissue-specific macrophages still persist, and it was not clear why these cells do not rely on the gene while others do. Kuil et al. set out to decipher the precise requirement for the gene in macrophage development in living zebrafish. The experiments used zebrafish that make a green fluorescent protein in their macrophages. As these fish are transparent, this meant that Kuil et al. could observe the cells within the living fish and isolate them to determine which genes are switched on and off. This approach revealed that zebrafish with a mutated version of the gene make macrophages as embryos but that these cells then fail to multiply and migrate into the developing organs. This results in fewer macrophages in the zebrafish’s tissues, and an absence of these cells in the brain. Kuil et al. went on to show that new macrophages did emerge in zebrafish that were about two to three weeks old. However, unexpectedly, these new cells were not regular macrophages. Instead, they were a new recently identified cell-type called metaphocytes, which share similarities with macrophages but have a completely different origin, move faster and do not eat particles. Zebrafish lacking the gene thus lose nearly all their macrophages but retain metaphocytes. These macrophage-free mutant zebrafish constitute an unprecedented tool for further studies looking to discriminate the different roles of macrophages and metaphocytes.
© 2020, Kuil et al.