ピクノーシス、またはカリオピクノーシスは、壊死[1]またはアポトーシス[2]を起こしている細胞の核におけるクロマチンの不可逆的な凝縮です。通常、これに続いて核の断片化である カリオレキシスが起こります
この用語は古代ギリシャ語のπυκνόςに由来し、「厚い、閉じた、または凝縮した」という意味です。ピクノシスは、特定の血液細胞における正常な細胞成熟の一部としても発生します。
発生
赤血球生成においては、成熟するメタ赤血球が核を凝縮し、それを排出して網状赤血球を形成します。顆粒球生成においては、発達中の好中球が核を複数の連結した小葉に凝縮し、それらは細胞死に至るまで細胞内に留まります。
濃縮核は、副腎の網状層や、異常角化上皮の最外層のケラチノサイトにも一般的に見られます。
メカニズム
核濃縮は、アポトーシスまたは壊死を起こしている細胞における不可逆的な核凝縮を表します。[3] 2つの主要なタイプが説明されています。アポトーシス（プログラム細胞死）中に起こる核溶解性核濃縮と、壊死中に起こる無核溶解性核濃縮です。[4]
壊死は、毒素、感染症、その他の急性ストレス因子によって引き起こされる、制御された細胞死の一種です。[4]このようなストレスは細胞小器官の腫脹や形態変化を引き起こし、最終的には細胞膜を損傷します。[4]
ピクノシスは核の収縮と高密度のクロマチンを特徴とし、最終的には核崩壊で断片化します。[5] 核崩壊とは、この凝縮した核の断片化とクロマチンの切断を指します。[5]
アポトーシスと壊死
アポトーシスは核凝縮、細胞の収縮、核と細胞膜のブレブ形成を特徴とし、一方ネクローシスは核凝縮、細胞の膨張、細胞膜の破壊を特徴とする。 [6]ネクローシスとアポトーシスはどちらも、カスパーゼ活性化デオキシリボヌクレアーゼ（CAD）、エンドヌクレアーゼG、デオキシリボヌクレアーゼIという同じタンパク質によって制御される。ピクノーシスはアポトーシス細胞とネクローシス細胞の両方で起こる。アポトーシス細胞のピクノーシスは、核凝縮、クロマチン断片化、および細胞が死ぬときに放出されるアポトーシス細胞外小胞に包まれたいくつかの大きな塊の形成によって識別される。 [6]ネクローシス細胞のピクノーシスは、核凝縮と小さな塊への断片化によって識別され、これらは後にネクローシス細胞の死の過程で溶解される。[6]その結果、核溶解性核溶解症（アポトーシス細胞）と無核溶解性核溶解症（壊死細胞）の2種類に区別することができます。
種類
核酸分解
核酸分解性ピクノーシス（アポトーシス性ピクノーシスとも呼ばれる）には、主に3つのイベントが関与します。核膜の破壊、クロマチンの凝縮、そして最後に核の切断／断片化です。[4]これらのイベントを通して、細胞は縮小し、細胞膜はブレビング（細胞膜の外側の表面に膜の隆起が形成されること）を起こします。最初のイベント（核膜の破壊）では、いくつかの酵素が核膜にあるタンパク質を切断するために使用されます。これらの酵素、カスパーゼ3とカスパーゼ6はどちらも、 NUP153、LAP2、B1（膜構造と分子輸送に使用されるタンパク質）を含む核膜タンパク質を標的として切断します[4]この切断は膜内部の破壊をもたらし、これがクロマチン凝縮（核分解性ピクノーシスの2番目の過程）の開始因子となる。これは、カスパーゼ3がDNA / RNA結合ドメインとATPase活性を持つAcinusを切断し、クロマチン凝縮を開始するためである。[4]
無核溶解性
無核溶解性ピクノーシスは壊死性ピクノーシスとも呼ばれ、細胞の膨張に続いて核膜がクロマチンから分離し、最終的には核膜とクロマチンの両方が崩壊し、最終的に細胞膜が破裂（細胞が死滅）します。[4]壊死性ピクノーシスで重要な役割を果たすタンパク質の1つが、自己統合障壁因子（BAF）です。 BAFの機能は、クロマチンを核膜に繋ぎ止めることですが、壊死の場合、BAFがリン酸化されると、核膜と凝縮したクロマチンの解離が開始されます。[6]その結果、核膜は凝縮したクロマチン上に崩壊します。したがって、BAFのリン酸化は壊死性ピクノーシスの重要なマーカーです。
検出
核濃縮の検出／観察には様々な技術が用いられます。これらの技術は、アポトーシス細胞と壊死細胞の区別にも役立ちます。これらの技術は以下のように分類され、説明されています
細胞染色
組織サンプル中のピクノティック細胞を特定するために染色剤や色素を適用すると、細胞は容易に識別できるようになります。染色剤はピクノティック細胞の核とブレブ状の断片を標的とし、それらを暗く（光のコントラスト）し、サンプルを光学顕微鏡で観察しやすくします。蛍光顕微鏡やフローサイトメトリーでも、細胞のDNA/核断片を標的とするために染色剤（蛍光染色剤）が使用されます。ピクノティック細胞の核物質は凝縮されているため、蛍光染色は正常細胞のDNAとピクノティック細胞のDNAの間にコントラストを生み出します
ゲル電気泳動
ゲル電気泳動は、DNA断片化（ゲル上にラダー状の像を形成する）を可視化するために頻繁に用いられる標準的な技術です。DNA断片化はアポトーシスの特徴であり、核凝縮（ピクノーシスの特徴）と関連しています。そのため、アポトーシスについて言及する場合、この技術はDNAラダーリングとして知られています。ゲル電気泳動は、ゲル上にスメアを形成する壊死におけるランダムなDNA断片化を可視化するためにも使用されます
DNAアッセイ
DNAの断片化または凝縮を調べる様々なアッセイには、アポトーシスまたは壊死を起こしている細胞の損傷したDNAを検出するAPO一本鎖DNA（ ssDNA ）アッセイ、 DNA鎖切断（DSB）を局所的に検出するTUNELアッセイ、およびISELアッセイが含まれます。 [7]
ISEL（in-situ labeling technique）は、アポトーシス細胞または壊死細胞の標識/タグ付け技術です。[7] ISELは、ヌクレオソーム構造に凝縮された断片化されていないDNAを特異的に標的とします。[7]
APO ssDNAアッセイは、DNA断片化の結果としてアポトーシス中に蓄積されるssDNAに特異的に結合する抗体を用いてアポトーシス細胞を検出する。 [7]したがって、ssDNAの存在は、アポトーシス細胞におけるDNA損傷の指標となる。アッセイプロセスでは、細胞を固定（例えばホルムアミドで固定）し、その後、所定の温度でインキュベーションを行う。これにより、DNAが熱変性し、ssDNAが露出する。[7]次に、細胞をssDNA特異的抗体と蛍光標識二次抗体とともにインキュベートする。[7]この蛍光量はアポトーシスの指標となり、フローサイトメトリーを用いて定量化することができる。
TUNELアッセイは、末端デオキシヌクレオチド転移酵素dUTPニックエンドラベリングアッセイとも呼ばれ、アポトーシス中のDNAの損傷と切断を測定する技術です。[7]アポトーシス中、DNAの断片化によって多数の3'OH末端が露出し、TUNEL反応によって修飾デオキシウリジン三リン酸（dUTP）で標識されます。[7]次に、この修飾dUTPは、修飾ヌクレオチドを識別できる特定の蛍光抗体、またはタグ付きヌクレオチド自体を使用して識別できます。[7]その後、フローサイトメトリーを使用して蛍光強度を定量化し、アポトーシスの尺度を提供します。
カスパーゼ活性
前述のように、プロテアーゼ酵素であるカスパーゼタンパク質は、カスパーゼ（またはタンパク質分解）カスケードを介してDNAの凝縮と断片化を促進します。これらのカスパーゼタンパク質には、例えば、カスパーゼ9、カスパーゼ6、カスパーゼ7、カスパーゼ3などがあります。カスパーゼカスケードは、カスパーゼ活性化デオキシリボヌクレアーゼ（CAD）を直接活性化し、DNAをより小さな断片に断片化してクロマチンの凝縮を引き起こします。カスパーゼ活性を検出するために使用される生化学的手法には、ELISA、蛍光定量法、比色定量法などがあります。[7]
臨床的意義
ピクノーシスは、アポトーシスまたはネクローシスによる細胞死の経路における段階です。これは、損傷したDNA/クロマチンの断片化と凝縮を伴う重要な段階です。これがなければ、アポトーシスまたはネクローシスによる細胞死の経路は中断されます。この中断は、今度は、損傷した要素を持つ細胞の不適切な破壊または除去、およびその他の関連問題を引き起こす可能性があります。これらの問題には、細胞の蓄積と制御されない細胞増殖が含まれ、腫瘍として知られる癌性および異常な組織塊の形成につながります。したがって、細胞がピクノーシス状態（細胞がアポトーシスまたはネクローシスを起こしていることを示している可能性があります）にあるかどうかを観察または識別し、その後、正常にアポトーシスまたはネクローシスを起こすかどうかを観察または識別できることは、細胞が制御されない細胞増殖を起こし、腫瘍の形成に寄与するかどうかを決定する上で非常に重要です。
関連項目
参考文献
- ^ Kumar V, Abbas A, Nelson F, Mitchell R (2007). Robbins Basic Pathology (第8版). pp. 6, 9–10 (表1–1).
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