Elucidation of protozoan PLAMP generation mechanism recognized by host cell-autonomous immunity

• Project Area: Establishment of PLAMP as a new concept to determine self and nonself for obligatory intracellular pathogens
• Project/Area Number: 20H05771
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 山本 雅裕 大阪大学, 微生物病研究所, 教授 (00444521)
• Project Period (FY): 2020-10-02 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥50,960,000 (Direct Cost: ¥39,200,000、Indirect Cost: ¥11,760,000); Fiscal Year 2022: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000); Fiscal Year 2021: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000); Fiscal Year 2020: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
• Keywords: PLAMP / トキソプラズマ / 宿主免疫系 / インターフェロン / 細胞自律的免疫系 / 寄生胞膜 / マラリア原虫 / UIS3 / セルオートノマス免疫

Outline of Research at the Start

細胞内寄生原虫であるトキソプラズマ原虫に対するセルオートノマス免疫系にIFN誘導性GTPaseの一つであるIRGB6が重要である。IRGB6は寄生胞膜に蓄積するPI5PをPLAMPとして認識する。しかし本来、健常な細胞（未感染細胞）では極めて低い濃度に保たれているPI5Pが、寄生胞膜上に蓄積するのかについてはよくわかっていない。さらに、PLAMPであるPI5Pが寄生胞膜にあるとIRGB6依存的に膜変化が起きる生化学的あるいは構造生物学的機序は全く分かっていない。そこで、本研究ではトキソプラズマ寄生胞膜上でPLAMPであるPI5Pが生成され、膜が破壊されるメカニズムを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

トキソプラズマのPLAMPを調べるために、我々はホストの遺伝学とin vivo CRISPRスクリーニングを組み合わせて、トキソプラズマの感染力遺伝子を分類する初の試みを行った。特に、ワイルドタイプとIfngr1－/－マウスを比較することで、IFN-γ依存性によるin vivoフィットネス遺伝子の分類が可能であることを我々は示した。さらに、RON11やRON1などのRON遺伝子群がIFN-γ依存性のin vivoフィットネスに関与することも我々が新たに明らかにした。これにより、CRISPRスクリーニングを用いた感染症の治療法開発への貢献が期待される新しい研究方向性が示された。また、我々のスクリーニングシステムはC57BL/6マウスを使用しており、多くの遺伝子操作マウスがこの背景で作られているため、スクリーニング結果の解釈と後続の免疫学的研究が容易になることが予想される。スクリーニングで高ランクに位置する遺伝子は、感染力に大きく影響を与えることが示されているが、一部の遺伝子は特定の感染モデルで必要とされないことも明らかにされた。そのため、スクリーニング条件と実際の感染力検証条件の違いから、結果に差異が生じることが我々によって推測される。さらに、UFMylation関連遺伝子がIFN-γ依存のin vivoフィットネス遺伝子として強調され、これらの遺伝子が寄生虫の体内適応に重要であることが我々によって示唆された。このように、ホストの遺伝的背景を利用したin vivo CRISPRスクリーニングシステムは、トキソプラズマの感染力遺伝子を明らかにし、さまざまな宿主環境に特有の遺伝子を特定するために有効であると考えられる。従って当該年度の研究の成果として、今後トキソプラズマのPLAMPを原虫と宿主の両サイドから調べるプラットフォームができた。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Host genetics highlights IFN-γ-dependent Toxoplasma genes encoding secreted and non-secreted virulence factors in in?vivo CRISPR screens (2023)
  • Author(s): Tachibana Yuta、Hashizaki Emi、Sasai Miwa、Yamamoto Masahiro
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 6 Pages: 112592-112592
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112592
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A genetic method specifically delineates Th1-type Treg cells and their roles in tumor immunity (2023)
  • Author(s): Okamoto Masaaki、Sasai Miwa、Kuratani Ayumi、Okuzaki Daisuke、Arai Masaya、Wing James B.、Sakaguchi Shimon、Yamamoto Masahiro
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 7 Pages: 112813-112813
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112813
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Toxoplasma IWS1 Determines Fitness in Interferon-γ-Activated Host Cells and Mice by Indirectly Regulating ROP18 mRNA Expression. (2023)
  • Author(s): Hashizaki Emi、Sasai Miwa、Okuzaki Daisuke、Nishi Tsubasa、Kobayashi Takashi、Iwanaga Shiroh、Yamamoto Masahiro
  • Journal Title: mBio Volume: 14 Issue: 1
  • DOI: 10.1128/mbio.03256-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Uncovering a novel role of PLCβ4 in selectively mediating TCR signaling in CD8+ but not CD4+ T cells (2021)
  • Author(s): Sasai Miwa、Ma Ji Su、Okamoto Masaaki、Nishino Kohei、Nagaoka Hikaru、Takashima Eizo、Pradipta Ariel、Lee Youngae、Kosako Hidetaka、Suh Pann-Ghill、Yamamoto Masahiro
  • Journal Title: Journal of Experimental Medicine Volume: 218 Issue: 7
  • DOI: 10.1084/jem.20201763
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cell-autonomous <i>Toxoplasma</i> killing program requires Irgm2 but not its microbe vacuolar localization (2021)
  • Author(s): Pradipta Ariel、Sasai Miwa、Motani Kou、Ma Ji Su、Lee Youngae、Kosako Hidetaka、Yamamoto Masahiro
  • Journal Title: Life Science Alliance Volume: 4 Issue: 7 Pages: e202000960-e202000960
  • DOI: 10.26508/lsa.202000960
  • NAID: 120007185166
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plasmodium UIS3 avoids host cell-autonomous exclusion that requires GABARAPs but not LC3 and autophagy (2021)
  • Author(s): Pradipta Ariel、Bando Hironori、Ma Ji Su、Tanaka Shun、Sasai Miwa、Yamamoto Masahiro
  • Journal Title: Parasitology International Volume: 83 Pages: 102335-102335
  • DOI: 10.1016/j.parint.2021.102335
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The novel VeDTR mouse system reveals roles of immune cells in anti-tumor immunity (2024)
  • Author(s): Masahiro Yamaomto
  • Organizer: The 2nd Doherty Institute & partners IFReC Immunology Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] トキソプラズマ原虫に対する宿主セルオートノマス免疫系とその破綻 (2023)
  • Author(s): 山本雅裕
  • Organizer: 第75回 日本細胞生物学会大会
  • Invited
• [Presentation] 病原性寄生虫トキソプラズマの感染免疫学 (2023)
  • Author(s): 山本雅裕
  • Organizer: 第23回 免疫サマースクール
  • Invited
• [Presentation] Identification of secreted and non-secreted Toxoplasma virulence factors by in vivo CRISPR screens (2023)
  • Author(s): Masahiro Yamamoto
  • Organizer: The 32nd Hot Spring Harbor International Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Funded Workshop] The 20th Awaji International Forum on Infection and Immunity (2022)