ミトコンドリアの水平伝播

ミトコンドリアの水平伝播とは、細胞間でのミトコンドリア全体およびミトコンドリア DNAの移動である。ドナー細胞からのミトコンドリアは、受容細胞の内因性ミトコンドリア ネットワークに輸送され組み込まれ、受容細胞の生体エネルギー プロファイルおよびその他の機能特性の変化に寄与する。^[1]ミトコンドリアおよびミトコンドリア ゲノムの水平細胞間伝播は、in vitroおよびin vivoで哺乳類細胞間で発生する可能性がある。^[2]ミトコンドリア伝播は、損傷したミトコンドリアの外因性置換をサポートし、それによってミトコンドリアの欠陥を修復する。^{[3] [4]}ほとんどの研究では、幹細胞、不死化細胞、または初代培養細胞が通常、ミトコンドリア ドナーとして使用される。^[2]これらの細胞は、ニッチ内の周囲の細胞にミトコンドリアを伝播させ、細胞分化、増殖、組織恒常性、発達、老化に影響を与える可能性がある。^[1]

ミトコンドリアの水平移動は、アクチンを豊富に含む膜突起、トンネルナノチューブ（TNT）によって媒介される。^[5]ナノチューブの形成は、受容細胞に到達した後に収縮する糸状仮足のような膜突起の形成から始まり、基質から分離された超微細構造を残す。^[1]化学阻害剤または機械的ストレスはTNTの形成を阻害し、ミトコンドリア交換を減少させる。^{[1] [6]}一方、ドキソルビシン^[7]やエチジウムブロマイド^{[8]などの特定の種類のストレス因子は、TNTの形成を増加させる。他の提案されている移動メカニズムには、膜微小小胞、細胞融合、}樹状突起、およびミトコンドリア押し出しがある。^{[1] [9]}

機能的なミトコンドリアの体外移植の最初の証拠は、ヒト間葉系幹細胞（hMSC）とヒト肺癌細胞の間で文書化されました。hMSCの健康なミトコンドリアは、機能しないミトコンドリアを持つ受容体の肺癌細胞に移行し、その機能を修復しました。^[10]培養中のミトコンドリアの細胞間移植は、MSCと内皮細胞から乳癌細胞株、卵巣癌細胞株、または骨肉腫細胞株に文書化されています。^{[11]ミトコンドリア移植は、中皮腫[12]}や喉頭癌細胞などの癌細胞間でも発生する可能性があります。 ^[13]ヒト腎上皮細胞、ヒト網膜色素上皮細胞、またはヒト単球由来マクロファージなどの非腫瘍細胞も同様にミトコンドリアを移植することが示されています。^[14]これらすべてのデータは、この現象が、関与する正確なメカニズムに関係なく、生物全体の設定で研究する価値のある基本的な生理学的プロセスである可能性があることを示唆しています。

生体内での水平方向のミトコンドリア遺伝子転移の最初の証拠の1つは、野生犬の交配中に伝染する高度に適応した癌である伝染性犬性器腫瘍（CTVT）で発見されました。ミトコンドリア配列の系統発生解析により、CTVT細胞は定期的に宿主からミトコンドリアを獲得し、自身のミトコンドリアへの有害変異の蓄積を促進する高い変異率を克服し、長期生存を確実にすることが明らかになりました。^{[15]損傷のないミトコンドリアの転移は、}生体内での組織修復に寄与する可能性があります。急性肺損傷のマウスに注入された骨髄由来幹細胞（BMSC）は、ミトコンドリアを肺胞細胞に移し、損傷から保護します。^[16]ミトコンドリアを細胞骨格モータータンパク質に結び付けるタンパク質であるMiro1の過剰発現は、マウスのTNTを介してストレスを受けた上皮細胞へのMSCからのミトコンドリアの転移を促進します。^[17] 生体内でのミトコンドリアの水平伝播は、ミトコンドリアが損傷すると周囲の健康なドナー細胞からmtDNAを獲得する癌細胞で起こる可能性があります。このプロセスにより、mtDNAにコードされた遺伝子の転写と翻訳、および呼吸が回復します。^[18]

虚血後、他の細胞からミトコンドリアを移植しなければ、損傷したニューロンをすぐに置き換えることはできません。[ ^{19 ]}アストロサイトから虚血損傷を受けたニューロンに機能的なミトコンドリアを移植すると、脳の回復が促進されることが示されています。^{[9] [19]}幹細胞も虚血脳細胞のミトコンドリアの供給源です。^[19]

ミトコンドリア転移は、腫瘍細胞と癌微小環境の他の細胞の間で起こります。高度に解糖作用のある癌関連線維芽細胞は、使い捨てのミトコンドリアを隣接する前立腺癌細胞に提供し、癌細胞の呼吸能力を高めます。^{[9]癌細胞におけるミトコンドリア転移は、}化学療法耐性に寄与します。^[9]