接触阻害

細胞生物学において、接触阻害とは、接触運動阻害（CIL）と接触増殖阻害（CIP）という2つの異なるが密接に関連した現象を指します。CILは、線維芽細胞様細胞が互いに接触したときに示される回避行動を指します。^{[1]ほとんどの場合、2つの細胞が接触すると、将来の衝突を避けるために、それらの}細胞 は運動を別の方向に変えようとします。衝突が避けられない場合、別の現象が発生し、培養細胞自体の成長が細胞密度依存的に最終的に停止します。^[2]

接触阻害の両タイプは正常細胞のよく知られた特性であり、適切な組織の成長、分化、発達の調節に寄与しています。両タイプの調節は、通常、胚発生中の器官形成、組織および創傷治癒の過程で否定され、克服されます。しかし、移動と増殖の接触阻害は両方とも癌細胞では異常に欠如しており、この調節の欠如は腫瘍形成に寄与します。^[3]

接触阻害は、細胞が 1 層の厚さ (単層) に成長し続けるように機能する制御メカニズムです。細胞に十分な利用可能な基質スペースがある場合、細胞は急速に複製され、自由に移動します。このプロセスは、細胞が基質全体を占めるまで続きます。この時点で、通常の細胞は複製を停止します。

運動細胞は、合流培養で接触すると、時間の経過とともに運動性と有糸分裂活性が低下する。 ^[4]数日間接触しているコロニー間では指数関数的な増殖が起こり、有糸分裂活性の抑制はずっと後になって起こることがわかっている。細胞間接触と増殖抑制の開始との間のこの遅延は、培養が合流するにつれて短くなる。したがって、細胞間接触は接触による増殖抑制に必須の条件であるが、それだけでは有糸分裂抑制には不十分であると合理的に結論付けることができる。接触抑制された細胞は、他の細胞と接触することに加えて、周囲の細胞によって課せられる機械的ストレスと制約の下で、細胞面積を縮小せざるを得ない。^[5]実際、機械的張力は有糸分裂の抑制シグナルとして機能することが示唆されている。^[6]さらに、このような有糸分裂活性の抑制は局所的な現象であり、おそらく不均一な培養における選択された少数の細胞間で起こることに留意することが重要である。

形質転換されていないヒト細胞は正常な細胞挙動を示し、環境栄養素、成長因子シグナル伝達、細胞密度の相互作用を介して成長と増殖を媒介します。細胞密度が増加し、培養が合流すると、細胞周期停止が開始され、外部要因や細胞代謝に関係なく、増殖およびマイトジェンシグナル伝達経路がダウンレギュレーションされます。^[7]この特性は増殖の接触阻害として知られており、適切な胚発生、組織の修復、分化、形態形成に不可欠です。がん細胞は通常この特性を失い、そのため隣接する細胞と接触している場合でも、制御不能な方法で分裂して互いに増殖します。その結果、周辺組織への浸潤、近くの臓器への転移、そして最終的には腫瘍形成につながります。がんが観察されたことのない種であるハダカデバネズミの細胞は、接触阻害に対して過敏性を示しています。 ^[8]この発見は、がん抵抗性の手がかりとなる可能性があります。さらに、最近の研究では、増殖の接触阻害のいくつかのメカニズムと、それが癌治療に及ぼす潜在的な影響がさらに明らかになりました。

さらに、細胞間接着の形成は、細胞面積などの物理的制約を課すことで成長と増殖を制限するだけでなく、増殖を抑制するシグナル伝達経路を誘発することでも示されている。そのような経路の 1 つが Hippo-YAP シグナル伝達経路であり、哺乳類の細胞増殖を阻害する主な原因となっている。この経路は主にセリンキナーゼが関与するリン酸化カスケードで構成され、成長制御遺伝子に結合して細胞増殖を制御する調節タンパク質によって媒介される。^[9]セリン/スレオニンキナーゼ Hippo (哺乳類ではそれぞれ STK4 および STK3 遺伝子によってコードされる Mst1/Mst2) は、成長遺伝子の転写活性化因子である YAP をリン酸化させる二次キナーゼ (Lats1/Lats2) を活性化する。YAP のリン酸化は、YAP を核から輸出し、成長促進遺伝子の活性化を防ぐ役割を果たす。これが Hippo-YAP 経路が細胞増殖を阻害する仕組みである。^[10]さらに重要なのは、Hippo-YAP経路は上流要素を使用して細胞間接触に反応し、密度依存的な増殖阻害を制御することです。たとえば、カドヘリンは膜貫通タンパク質であり、同種親和性結合を介して細胞接合部を形成し^、細胞間接触の検出器として機能します。カドヘリンを介した阻害経路の活性化には、膜貫通Eカドヘリンが同種親和性結合を形成してα-カテニンとβ-カテニンを活性化することが含まれます。次に、これがHippo-YAP経路の下流成分を刺激して、最終的に細胞増殖をダウンレギュレーションします。^[12]これは、E-カドヘリンの過剰発現が転移と腫瘍形成を妨げるという知見と一致しています。^[13] YAPは有糸分裂増殖因子シグナル伝達、ひいては細胞増殖に関連することが示されているため、将来の研究は癌細胞におけるHippo-YAP経路の役割に焦点を当てる可能性があります。

しかし、接触阻害細胞は細胞周期停止を起こすものの、老化はしないことに注意することが重要です。実際、接触阻害細胞は、よりコンフルエントでない培養物に再播種すると、通常の増殖とマイトジェンシグナル伝達を再開することが示されています。したがって、増殖の接触阻害は、細胞周期停止の可逆的な形態と見なすことができます。さらに、細胞周期停止から老化に移行するには、接触阻害細胞はmTORなどの増殖活性化経路を活性化する必要があります。^[14]高密度培養の細胞が十分にコンフルエントになり、細胞面積が臨界値を下回ると、^[15]接着形成により、マイトジェンシグナル伝達と細胞増殖を下方制御する経路がトリガーされます。^[16]そのため、増殖を促進するmTOR経路が阻害され、結果として接触阻害細胞は細胞周期停止から老化に移行できなくなります。これは癌治療において重大な意味を持ちます。癌細胞は接触阻害を受けていないにもかかわらず、合流した癌細胞培養は依然としてその老化機構を抑制する。したがって、これが老化を誘発する癌治療薬が効果がない理由としてもっともらしい説明であるかもしれない。^[17]

ほとんどの場合、2 つの細胞が衝突すると、将来の衝突を避けるために別の方向に移動しようとします。この行動は、接触運動阻害として知られています。^[18] 2 つの細胞が接触すると、運動プロセスが麻痺します。これは、衝突時に細胞間接着複合体の形成を含む多段階かつ多面的なメカニズムによって実現されます。この複合体の分解は、主に細胞内の張力によって引き起こされると考えられており、最終的には衝突した細胞の方向転換につながります。

まず、運動細胞がそれぞれのラメラを介して衝突し、アクチンの逆流速度が速い。ラメラ間に細胞接着が形成され、接着部を囲む領域でのアクチンの逆流速度が低下する。その結果、細胞の速度と運動性が低下する。これにより、衝突する両方のパートナーでアクチンのストレスファイバーと微小管が形成され、互いに整列する。これらのストレスファイバーの整列により、ラメラに局所的に弾性張力が蓄積される。最終的に、張力の蓄積が大きくなりすぎると、細胞接着複合体が解離し、ラメラ突起が崩壊し、弾性張力を緩和するために細胞がさまざまな方向に解放される。アセンブリの解離につながる可能性のある別のイベントとして、ストレスファイバーの整列時に、細胞の先端が隣接するラメラから離れて再分極することが挙げられます。これにより、接触の局所部位だけでなく、細胞体全体に大きな弾性張力が生じ、同様に接着複合体の分解が引き起こされます。^{[19]弾性張力は}突起の崩壊、複合体の分解、細胞の分散の主な原動力であると考えられてきました。 ^[20]この仮説上の張力は特徴付けられ、視覚化されていますが、^[21]ラメラ内で張力がどのように発生するか、細胞の再分極がどのように張力の蓄積に寄与するかについては、まだ研究の余地があります。

さらに、複製によって細胞数が増えると、細胞同士が接触せずに移動できる方向の数は減少します。^[22] また、細胞は他の細胞よりも周囲の領域（基質と呼ばれる構造）によく付着するため、他の細胞から離れようとします。衝突する2つの細胞が異なる種類の細胞である場合、一方または両方が衝突に反応する可能性があります。^[23]

いくつかの不死化細胞株は、無制限に増殖できるにもかかわらず、通常の細胞株よりも程度は低いものの、依然として接触阻害を経験します。^[24]

• ヒアルロン酸合成酵素