機械学習でP2X7を識別

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12673 (2023) この記事を引用

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アデノシン三リン酸 (ATP) は、主に体内の病態生理学的状況に影響を与える細胞外シグナル伝達分子であり、イオンチャネル型 P2X7 などのプリン作動性受容体によって感知されます。 神経幹細胞 (NSC) は成人の神経組織に残り、誘発された病態生理学的状況による活性化を介して生理学的プロセスに寄与する可能性があります。 本研究では、ヒト人工多能性幹細胞由来NSC（iNSC）が主にプリン作動性およびイオンチャネル受容体P2X7を介してATP感知能力を有することを明らかにしました。 次に、食品由来の神経細胞有効物質とその有効用量の機械学習（ML）ベースのスクリーニングシステムを開発するために、いくつかの物質と用量で前処理したiNSCのATP誘発性カルシウム応答を収集しました。 最後に、より高精度で優れた ML モデル (MLM) を実現するために、それぞれ 9 つの波形画像を含む合成画像を使用して ML が実行されることを発見しました。 当社の MLM は、各物質および/または用量で前処理された iNSC によって生成された波形の微妙な未確認の変化を、遺伝子オントロジーのシグネチャに属する共通の mRNA 発現変化とともに陽性グループに正確に分類できます。

脳は体の中で最も複雑で柔軟な器官であることが知られています。 胎児の脳内の神経ネットワークの発達は、胎盤関門を通過する化学物質の影響を受ける傾向があります1,2。 人間の脳は出生後も成長を続け、外部からの刺激を有意義な情報として受け取る機能的な神経ネットワークを発達させます。 しかし、出生後にポリ塩化ビフェニルなどの神経毒性物質に曝露すると、精神および運動発達に悪影響を与える可能性があります3。 成人の脳でも、確立された必須の神経ネットワークは死ぬまで維持され、新しいネットワークが開発される必要があります4。 最近の研究により、人間の成人の脳には、再生および/または新しいネットワークの確立のための新たな神経新生のための神経幹細胞 (NSC) が含まれていることが明らかになりました。 恒常性と神経ネットワークの変化の間のバランスを維持するには、体内に取り込まれる物質の有効な神経細胞用量を研究する必要があります。

食べ物と飲み物は、栄養素や神経毒を含む神経物質の最も一般的な供給源です6。 現代の先進国では、摂取経験が乏しいいくつかの新しい食品やサプリメントが市場に参入しています。 たとえば、シブトラミンを含む痩身サプリメントは重度の健康上の問題を引き起こす可能性があります7。 純粋な神経毒に加えて、カフェイン、アルコール、テアニンなどのニューロンに影響を与える物質を含む毎日の食品の有効量を知ることが重要です。

神経への影響は主に動物で試験されています。 しかし、動物福祉に関する懸念に対処するには、神経毒性を予測するための代替方法を開発する必要があります。 ヒト人工多能性幹細胞 (hiPSC) は、倫理的問題が少ないさまざまな種類の神経細胞を提供できるため、毒物学的スクリーニング システムにとって理想的なリソースです。 多くの報告により、hiPSC 由来ニューロンが、細胞死またはシナプス形成に関連する特定の物質の神経毒性の評価および特性評価に有用であることが示されています 8,9。 しかし、現在までのところ、一般的な食品含有物質を神経作用のあるグループとないグループに用量依存的に分離できるスクリーニングシステムはありません。

アデノシン三リン酸（ATP）は、脳損傷の兆候として機能する主要なプリン作動性メッセンジャーです10。 損傷を受けた細胞は制御不能に ATP を放出するため、ATP の濃度は損傷の重症度を反映します。 細胞外 ATP は、直接的な神経細胞死とミクログリアの炎症反応の誘導を通じて「損傷誘発性損傷」サイクルを引き起こす可能性があります 11。 ATP はプリン作動性受容体によって感知され、そのうち P2X7 はヒト多能性幹細胞由来の神経前駆細胞、星状細胞、ミクログリア様細胞、ニューロンなどの興奮性細胞で広く発現されています 12。 ただし、ヒト iNSC における P2X7 の機能は依然として不明です。