肺胞マクロファージにおけるサーファクタントタンパク質A（SP-A）バリアントによる遺伝子発現ネットワークの性特異的制御と感染症への応答

Sex-Specific Regulation of Gene Expression Networks by Surfactant Protein A (SP-A) Variants in Alveolar Macrophages in Response to .

• Nithyananda Thorenoor
• Yuka Imamura Kawasawa
• Chintan K Gandhi
• Joanna Floros

抄録

界面活性剤プロテインA（SP-A）は、その界面活性剤関連機能に加えて、肺の自然免疫の守護細胞である肺胞マクロファージ（AM）と相互作用し、基底状態での機能や、感染症や酸化ストレスなどの様々な圧力に応答して多くの機能を制御している。ヒトSP-A遺伝子座は、2つの機能遺伝子と、1つの擬似遺伝子から構成されています。機能遺伝子はそれぞれヒトのSP-A1とSP-A2タンパク質をコードしており、それぞれがいくつかの遺伝子変異を持つことが確認されています。SP-Aバリアントは、細菌感染に応答して肺機能の力学と生存を調節する能力が異なる。ここでは、感染に応答してAM遺伝子の発現プロファイルに及ぼすhSP-Aバリアントの影響を調べた。各々がSP-A1（6A、6A）またはSP-A2（1A、1A）を担持したヒト化トランスジェニック（hTG）マウス4匹とKOを用いた。感染後６時間後にＡＭ遺伝子発現プロファイリングを行った。我々は、以下のことを発見した。(a) AM遺伝子の発現における有意な性差；(b)感染に応答して、858（KO）、196（6A）、494（6A）、276（1A）、および397（1A）の遺伝子が同定された（＜0．05）およびこれらのいくつかは、雄または雌のいずれかに特異的に、≥2倍の差をもって発現していた；（c）AM遺伝子発現におけるSP-A1およびSP-A2の有意な変動特異的差異；（d）Ingenuity Pathway Analysis（IPA）を介して、TP53、TNFおよび細胞周期シグナル伝達ノードとの直接的な相互作用を有する主要な経路および分子が同定された。(e) ここで検討した 3 つの経路（TNF、TP-53、細胞周期シグナル伝達節）のうち、SP-A2（1A）の雌を除くすべての変異体は、これらの経路のうち少なくとも 2 つの経路に有意性を示し、KO の雄は 3 つの経路すべてに有意性を示した。これらの結果から、SP-A の変異体が感染症に応答して性差に影響を与える生物学的に重要な機能的経路が多数存在することが初めて明らかになった。これらのデータは、SP-Aが介在するAM遺伝子制御の分子機構の研究に役立つ可能性があり、感染症の新規治療標的の同定につながる可能性がある。

Surfactant protein A (SP-A) in addition to its surfactant-related functions interacts with alveolar macrophages (AM), the guardian cells of innate immunity in the lungs, and regulates many of its functions under basal condition and in response to various pressures, such as infection and oxidative stress. The human SP-A locus consists of two functional genes, and , and one pseudogene. The functional genes encode human SP-A1 and SP-A2 proteins, respectively, and each has been identified with several genetic variants. SP-A variants differ in their ability to regulate lung function mechanics and survival in response to bacterial infection. Here, we investigated the effect of hSP-A variants on the AM gene expression profile in response to infection. We used four humanized transgenic (hTG) mice that each carried SP-A1 (6A, 6A) or SP-A2 (1A, 1A), and KO. AM gene expression profiling was performed after 6 h post-infection. We found: (a) significant sex differences in the expression of AM genes; (b) in response to infection, 858 (KO), 196 (6A), 494 (6A), 276 (1A), and 397 (1A) genes were identified ( < 0.05) and some of these were differentially expressed with ≥2 fold, specific to either males or females; (c) significant SP-A1 and SP-A2 variant-specific differences in AM gene expression; (d) via Ingenuity Pathway Analysis (IPA), key pathways and molecules were identified that had direct interaction with TP53, TNF, and cell cycle signaling nodes; (e) of the three pathways (TNF, TP-53, and cell cycle signaling nodes) studied here, all variants except SP-A2 (1A) female, showed significance for at least 2 of these pathways, and KO male showed significance for all three pathways; (f) validation of key molecules exhibited variant-specific significant differences in the expression between sexes and a similarity in gene expression profile was observed between KO and SP-A1. These results reveal for the first time a large number of biologically relevant functional pathways influenced in a sex-specific manner by SP-A variants in response to infection. These data may assist in studying molecular mechanisms of SP-A-mediated AM gene regulation and potentially identify novel therapeutic targets for infection.

Copyright © 2020 Thorenoor, Kawasawa, Gandhi and Floros.