本プロトコルでは、ヒト気道上皮細胞における安定したSTAT6ルシフェラーゼレポーターアッセイの構築およびバリデーションについて解説します。この手法により、制御されたin vitro条件下でSTAT6活性を調節する環境毒性物質や大気汚染物質の効率的なスクリーニングが可能になります。
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本プロトコルでは、ヒト気道上皮細胞における安定したSTAT6ルシフェラーゼレポーターアッセイの構築およびバリデーションについて解説します。この手法により、制御されたin vitro条件下でSTAT6活性を調節する環境毒性物質や大気汚染物質の効率的なスクリーニングが可能になります。
大気汚染に関連したアレルギー性気道炎症は、公衆衛生上の懸念として高まっています。アレルギー性気道炎症の中心的なメディエーターであるSignal Transducer and Activator of Transcription 6(STAT6)経路を活性化するインターロイキン-4(IL-4)およびインターロイキン-13(IL-13)は、汚染物質による呼吸器毒性を調節している可能性があります。本研究では、STAT6シグナルを調節する環境毒性物質を評価するため、ヒト気道上皮細胞における安定したSTAT6ルシフェラーゼレポーターアッセイの構築と検証について記述します。ヒト気管支上皮16HBE14o−細胞に、レンチウイルスベクターを用いてSTAT6応答性ルシフェラーゼレポーターを導入し、次にピューロマイシン選択と感染多重度(MOI)の最適化を行い、限界希釈法によるモノクローナル単離を実施しました。継代後も強力で再現性のある誘導を示す安定したクローンを選定しました。レポーターの応答性はIL-4/IL-13刺激によって検証し、STAT6依存性は選択的なSTAT6、STAT5、およびSTAT3阻害剤を用いて確認しました。アッセイの性能はZ′-factor分析によって定量化され、再現性のある信号分離が示されました。さらに、このアッセイを個々の大気汚染成分に適用したところ、benzo[b]fluorantheneおよび粒子状物質がSTAT6レポーター活性を有意に増加させました。本手法は、気道上皮細胞におけるSTAT6活性を測定し、アレルギー性気道シグナルを調節する環境毒性物質の優先順位を決定するための、拡張可能なアプローチを提供します。
大気汚染は、健康への深刻な影響と社会経済的な影響を伴い、世界的に最も差し迫った公衆衛生上の課題の一つとなっています。現在、大気汚染は死亡に至るリスク因子の第2位に位置しており、年間810万人の死亡原因となっています。1,2,3大気汚染物質の中で、粒子径2.5マイクロメートル以下の微小粒子状物質(PM2.5)は、呼吸器系の深部まで到達できるため、健康へのリスクが最も高い。4,5PM2.5への高濃度曝露は、肺機能の低下および呼吸器疾患による入院率の上昇と一貫して関連している。6喘息、アレルギー性鼻炎、アトピー性皮膚炎を含むアレルギー性炎症性疾患の有病率は世界的に増加しており、特に汚染レベルの高いメガシティにおいて不均衡に高まっている。4.
アトピー性喘息などのアレルギー性気道疾患は、主にサイトカインであるインターロイキン-4(IL-4)およびインターロイキン-13(IL-13)の高値と、Signal Transducer and Activator of Transcription 6(STAT6)シグナル伝達経路の活性化を特徴とするタイプ2炎症反応によって媒介されます7。気道上皮細胞において、IL-4およびIL-13によって誘導されるSTAT6のリン酸化は、粘液の過剰分泌と上皮バリアの破壊を促進するため、STAT6はアレルギー性気道病理の中心的な媒介因子であり、適切な治療標的であると考えられています8,9。マウスモデルを用いた実験的証拠では、PM2.5および二酸化硫黄への曝露がSTAT6シグナル伝達を増強し、アレルギー性気道炎症を悪化させることが示されています10,11。しかし、個々の大気汚染物質がヒト気道上皮細胞におけるSTAT6の転写活性を直接的に調節するかどうかについては、系統的な評価が行われていません。
大気汚染は、粒子状物質、多環芳香族炭化水素(PAH)、重金属、無機塩など、化学的に複雑な成分の混合物で構成されており、気道におけるSTAT6活性化に対する各成分の寄与は十分に解明されていません12,13。エンドポイントリン酸化アッセイや一過性転移に基づくレポーターシステムなど、気道上皮細胞におけるSTAT6活性を測定する現在の手法は、大規模な化学物質スクリーニングには適していません。したがって、ヒト気道上皮細胞を用いた安定的な細胞ベースのSTAT6レポータープラットフォームがあれば、アレルギー性気道シグナルを調節する汚染由来化合物を特定するためのスケーラブルなツールとなります。本プロトコルでは、16HBE14o−気道上皮細胞における安定的なSTAT6ルシフェラーゼレポーターアッセイの開発と検証について記述し、環境試料および個々の化学的毒性物質の系統的なスクリーニングに向けたSTAT6活性化の定量的な評価を可能にします。
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本研究では、確立された16HBE14o−ヒト気管支上皮細胞株を使用したため、ヒト被験者の倫理承認は適用されません。
1. 16HBE14oの作製− STAT6活性レポーターを安定的に発現している細胞
注:図1にワークフローの概要を示します。








2. STAT6活性リポーターアッセイの確立およびバリデーション
注:図 2にワークフローの概要を示します。





3. 環境毒性物質スクリーニングにおけるSTAT6レポーターアッセイの応用
注意:多環芳香族炭化水素および重金属塩は、毒性があり、発がん性の可能性がある物質として取り扱ってください。適切な個人用保護具を使用し、すべての操作を認定された化学薬品用ドラフトチャンバー内で行い、汚染された廃棄物は施設内の有害廃棄物処理手順に従って廃棄してください。
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安定選択に最適なピューロマイシン濃度を決定するため、親細胞である16HBE14o−細胞をさまざまな濃度(0.5–4 µg/mL)のピューロマイシンで処理し、細胞生存率アッセイを用いて24、48、および72時間後の細胞生存率を評価した。ピューロマイシンは用量および時間依存的に細胞生存率を低下させ、48–72時間後にはすべての濃度で生存率が20%未満に低下した(Figure 3)。1 µg/mLの濃度は、非導入細胞を完全に除去し、48時間以内に残存生存シグナルを約4.5%まで低下させた最低濃度であった(p < 0.0001)。ピューロマイシン濃度をさらに上げても、細胞生存率にさらなる低下は見られなかった。したがって、その後の導入細胞の選択には、1 µg/mLのピューロマイシンを採用した。
レンチウイルス導入効率を最適化するため、16HBE14o−細胞にSTAT6ルシフェラーゼレポーターレンチウイルスを、感染多重度(MOI)1、5、10、および20で48時間導入...
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IL-4/IL-13–JAK–STAT6シグナリングは、重要な治療ターゲットであるだけでなく、喘息やアレルギー性鼻炎を含むアレルギー性疾患の病態形成における主要な駆動因子でもあります22。本プロトコルでは、STAT6活性の調節因子を同定するための、簡便で安定した細胞株ベースのリポーターアッセイについて説明します。このアッセイは、広範な環境化合物のSTAT6調節効果を評価するために適用でき、概念実証スクリーニング研究(図8)で示されているように、ハイスループットスクリーニングに容易に適応可能です。ルシフェラーゼリポーターと並行して細胞生存率アッセイを組み合わせることで、化合物誘発性の細胞毒性に起因する混絡効果を最小限に抑えながら、STAT6パスウェイの調節を定量的に評価することができます。
この手法の特徴は、安定的に形質導入されたヒト気管支上皮16HBE14o−細胞を使用している点にあります。この細胞は、汚染物質によって誘発されるIL-4/IL-13シグナ...
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著者は利益相反がないことを宣言します。
本研究は、タイ国家研究評議会(NRCT)(助成金番号:N42A680388)およびマヒドン大学(戦略的研究基金:2025)(助成金番号:35)の支援を受けて実施されました。図1および図2は、BioRender.com(Pothipan, P. (2026). https://BioRender.com/h44gy3h)を使用して作成されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.25% Trypsin-EDTA | Gibco | 25200072 | 細胞解離試薬 |
| 15 mL コニカル遠心チューブ | Corning | CLS430791 | 滅菌ポリプロピレン製遠心チューブ |
| 16HBE14o- ヒト気管支上皮細胞株 | Gift from Dr. Nawiya Huipao (Prince of Songkla University, Thailand) and Prof. Dr. Dieter C. Gruenert (University of California San Francisco, USA) | RRID:CVCL_0112 | ヒト気管支上皮細胞株(継代数 35–40);マイコプラズマ陰性が確認されており、分化した気道上皮の形態およびバリア特性を保持している。参考文献: Cozens AL, et al. Am J Respir Cell Mol Biol. 1994;10(1):38–47. |
| 24ウェル 透明 平底 組織培養処理プレート | Corning | 3527 | 細胞培養プレート |
| 6ウェル 透明 平底 組織培養処理プレート | Corning | 3516 | 細胞培養プレート |
| 96ウェル 透明 平底 ポリスチレン 組織培養処理マイクロプレート | Corning | 3599 | 細胞生存率アッセイプレート |
| 96ウェル 白色 底面透明 ポリスチレン 組織培養処理マイクロプレート | Corning | 3610 | ルミネッセンスアッセイプレート |
| AC-4-130 (STAT5 阻害剤) | MedChemExpress | HY-124500 | 選択的 STAT5 阻害剤 |
| AS1517499 (STAT6 阻害剤) | MedChemExpress | HY-100614 | 選択的 STAT6 阻害剤 |
| ベンゾ[b]フルオランテン | AccuStandard | H-128N | 多環芳香族炭化水素 |
| クラス II バイオセーフティキャビネット | Nuaire | NU-543-400E | 無菌的な細胞培養操作用 |
| 塩化カドミウム (CdCl2) | Sigma | 202908 | 重金属化合物 |
| Cell counting kit-8 (CCK-8) | MedChemExpress | HY-K0301 | 細胞生存率アッセイ |
| 細胞培養フラスコ、25 cm² (T-25) | Corning | 430639 | 組織培養フラスコ |
| CO2 インキュベーター | Nuaire | NU-5710E | 37 °C、5% CO2、加湿雰囲気で維持 |
| ジメチルスルホキシド (DMSO) | Sigma | D2650 | 溶媒(最終濃度 0.1%)および凍結保存剤(10%) |
| ウシ胎児血清 (FBS) | Sigma | F7524 | 培地添加剤(10%)および凍結保存培地(10%) |
| 血球計数器 | BOECO | BOE14 | 手動細胞計数用 |
| 倒立位相差光学顕微鏡 | ZEISS | Primovert | 細胞形態観察用 |
| ルシフェラーゼアッセイシステム (ONE-Step) | BPS Bioscience | 60690 | ルシフェラーゼレポーターアッセイ |
| 塩化水銀 (HgCl2) | Sigma | 215465 | 重金属化合物 |
| マイクロプレートリーダー | BioTek | Synergy Neo2 | Gen5 ソフトウェア (v3.08.01) で制御されるマルチモードマイクロプレートリーダー/ルミノメーター。15–20 s の直線振盪後、650 nm を参照として 450 nm で吸光度を測定。20 s の直線振盪後、検出器ゲイン 120 のエンドポイントモードでルミネッセンスを測定。 |
| Minimum Essential Medium Eagle (MEM) | Gibco | 11095-080 | 基礎培養培地 |
| 硫酸ニッケル (NiSO4) | Tokyo Chemical Industry | N1203 | 重金属化合物 |
| 粒子状物質 (PM) | National Institute of Standards and Technology | SRM 2975 | 粒子状物質の標準参照物質 |
| ペニシリン-ストレプトマイシン (100×) | Gibco | 15140122 | 抗生物質添加剤(最終濃度 1%) |
| リン酸緩衝生理食塩水 (PBS) | Gibco | 18912014 | 洗浄緩衝液 |
| ポリブレン | Sigma | TR-1003-G | レンチウイルス導入促進剤 |
| ピューロマイシン | MedChemExpress | HY-B1743A | 安定細胞選別用抗生物質 |
| 組換えヒト IL-13 | Thermo Fisher Scientific | A42526 | 刺激用サイトカイン |
| 組換えヒト IL-4 | Thermo Fisher Scientific | A42602 | 刺激用サイトカイン |
| STAT6 ルシフェラーゼレポーターレンチウイルス | BPS Bioscience | 78799 | レンチウイルスレポーター構築物;ストックタイター 5 × 107 TU/mL |
| Stattic (STAT3 阻害剤) | MedChemExpress | HY-13818 | 選択的 STAT3 阻害剤 |
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