Clarification of self recognition mechanisms by intracellular protein fluctuation

• Project Area: Reevaluation of self recognition by immune system to decipher its physiological advantages and pathological risk
• Project/Area Number: 22H05187
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Wakayama Medical University
• Principal Investigator: 改正 恒康 和歌山県立医科大学, 先端医学研究所, 教授 (60224325)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 泉 和歌山県立医科大学, 先端医学研究所, 講師 (80611037)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥94,770,000 (Direct Cost: ¥72,900,000、Indirect Cost: ¥21,870,000); Fiscal Year 2024: ¥20,670,000 (Direct Cost: ¥15,900,000、Indirect Cost: ¥4,770,000); Fiscal Year 2023: ¥20,280,000 (Direct Cost: ¥15,600,000、Indirect Cost: ¥4,680,000); Fiscal Year 2022: ¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000)
• Keywords: プロテアソーム / 自己炎症 / タンパク質分解 / 遺伝子改変マウス / 細胞内輸送 / 免疫不全

Outline of Research at the Start

免疫系による自己成分の認識は、自己免疫疾患を引き起こすなど、生体にとって有害な反応であると考えられてきた。しかし、免疫系は本来、自己成分を認識するシステムであること、そしてそのシステムを通じて恒常性を維持していることが分かってきている。そのような自己認識機構を明らかにしようという学術変革領域研究の一つとして、本研究では、タンパク質の変動を感知するシステムおよびその破綻の分子基盤の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

タンパク質の輸送や分解に異常を来す自己炎症性疾患の原因遺伝子バリアントを有する遺伝子改変マウスを作製、解析することにより、自己応答制御機構の解明にアプローチしている。
まず、タンパク質の細胞内輸送を担う機能分子COPAにアミノ酸置換を来す新規遺伝子バリアント（COPA p.V242G）を有するマウスを解析した。このヘテロ変異マウスでは、患者と同様の間質性肺炎病態が再現されている。脾臓ばかりでなく、間質性肺炎の病変部位においても、I型IFNで誘導される遺伝子群の発現が亢進し、T細胞においては、CD4T細胞、CD8T細胞共に顕著に活性化されていた。特にIFN-γの産生亢進が顕著であった。
また、細胞内タンパク質の分解に関わるタンパク質複合体プロテアソームのサブユニットβ1iのアミノ酸置換を引き起こす新規遺伝子バリアント（β1i p.G156D）を有するマウスを解析した。このヘテロ変異マウスでは、リンパ球、樹状細胞が減少している一方で、好中球、単球が増加していた。樹状細胞への分化については、すべてのサブセットが減少していたが、特にI型通常樹状細胞（CDC1）の減少が顕著であった。樹状細胞前駆細胞において分化マーカーの発現低下が認められ、この分化段階での異常が示唆された。好中球、単球については、数の上では増加していたが、骨髄、脾臓において遺伝子発現のパターン、分化マーカーの発現パターンを解析することにより、最終段階での成熟分化異常が示唆された。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

COPA変異マウスにおいては、T細胞の異常として、IFN-γの産生亢進が明らかとなってきている。
プロテアソーム変異マウスにおいては、樹状細胞、好中球、単球の分化異常が明らかになってきている。
このように、自己炎症性疾患患者で同定された遺伝子バリアントを導入した遺伝子改変マウスにおいて、患者の病態を再現させると共に、病態の分子基盤、免疫担当細胞の分化異常が明らかになりつつある。
また、免疫不全あるいは免疫系の異常な活性化を示すと考えられる患者由来の新たな遺伝子バリアントのマウスへの導入、解析を進めることもできている。

Strategy for Future Research Activity

遺伝子改変マウスで得られた病態、表現型の解析を進める。
COPA変異マウスにおいては、T細胞、樹状細胞に焦点を当てて、細胞内タンパク質輸送の異常がDNAセンサー経路のSTINGの異常によるものか、他の分子機構が関与しているかどうか解析を進める。
プロテアソーム変異マウスにおいては、好中球、単球の分化異常がどのレベルなのか、単一細胞解析も交えて解析を進める。またどのような病態に関与するのか、病態モデルの解析も進める。また、B細胞、T細胞など獲得免疫不全の分子基盤にもアプローチする。
さらに新たに得られる予定の遺伝子改変マウスについても免疫学的解析を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Yale Univ./Harvard Medical School/Emory Univ.(米国)
• [Int'l Joint Research] Univ.of Melbourne/Australian Nationl Univ./Telethon Kids Institute(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] Mainz Univ./Univ. Hospital Wuerzburg/Univ. Hospital Cologne(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] London Research Institute/Imperial College/Cardiff Univ.(英国)
• [Int'l Joint Research] San Raffaele Scientific Institute/ICGEB/-(イタリア)
• [Int'l Joint Research]
• [Journal Article] XCR1+ DCs are critical for T cell-mediated immunotherapy of chronic viral infections. (2023)
  • Author(s): E. Domenjo Vila, V. Casella, R. Iwabuchi, E. Fossum, M. Pedragosa, Q. Castellvi, P. Cebollada Rica, T. Kaisho, K. Terahara, G. Bocharov, J. Argilaguet, A. Meyerhans.
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 42 Issue: 2 Pages: 112123-112123
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112123
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 免疫不全を伴うプロテアソーム関連自己炎症症候群. Proteasome-associated autoinflammatory syndrome with immunodeficiency. (2023)
  • Author(s): 改正恒康.
  • Journal Title: アレルギーの臨床 Volume: 43 Pages: 30-34
• [Journal Article] Conventional Type 1 Dendritic Cells in Intestinal Immune Homeostasis. (2022)
  • Author(s): Sasaki I, Kato T, Hemmi H, Fukuda-Ohta Y, Wakaki-Nishiyama N, Yamamoto A, Kaisho T.
  • Journal Title: Front Immunol. Volume: 13 Pages: 857954-857954
  • DOI: 10.3389/fimmu.2022.857954
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Preparation and Inflammasome Activation of Murine Bone Marrow-Derived and Resident Peritoneal Macrophages (2022)
  • Author(s): Sasaki I, Kaisho T.
  • Journal Title: Methods Mol Biol. Volume: 2427 Pages: 95-104
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1971-1_9
  • ISBN: 9781071619704, 9781071619711
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Type 1 conventional dendritic cells maintain and guide the differentiation of precursors of exhausted T cells in distinct cellular niches (2022)
  • Author(s): S. Daehling, A. M. Mansilla, K. Knopper, A. Grafen, D. T Utzschneider, M. Ugur, P. G Whitney, A. Bachem, P. Arampatzi, F. Imdahl, T. Kaisho, D. Zehn, F. Klauschen, N. Garbi, A. Kallies, A.-E. Saliba, G. Gasteiger, S. Bedoui, W. Kastenmuller.
  • Journal Title: Immunity Volume: 55 Issue: 4 Pages: 656-670
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2022.03.006
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Distinct myeloid antigen-presenting cells dictate differential fates of tumor-specific CD8+ T cells in pancreatic cancer. (2022)
  • Author(s): A. L. Burrack, Z. C. Schmiechen, M. T. Patterson, E. A. Miller, E. J. Spartz, M. R. Rollins, J. F. Raynor, J. S. Mitchell, T. Kaisho, B. T. Fife, I. M. Stromnes.
  • Journal Title: JCI Insight Volume: 7 Issue: 7 Pages: 151593-151593
  • DOI: 10.1172/jci.insight.151593
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The liver contains distinct interconnected networks of CX3CR1+ macrophages, XCR1+ type 1 and CD301a+ type 2 conventional dendritic cells embedded within portal tracts (2022)
  • Author(s): K. English, S. Yang Tan, R. Kwan, L. E Holz, F. Sierro, C. McGuffog, T. Kaisho, W. R Heath, K. Pa MacDonald, G. W McCaughan, D. G Bowen, P. Bertolino.
  • Journal Title: Immunol Cell Biol Volume: 100 Issue: 6 Pages: 394-408
  • DOI: 10.1111/imcb.12559
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A vaccine targeting resistant tumours by dual T cell plus NK cell attack (2022)
  • Author(s): S. Badrinath, MO. Dellacherie, A. Li, S. Zheng, X. Zhang, M. Sobral, JW. Pyrdol, KL. Smith, Y. Lu, S. Haag, H. Ijaz, F. Connor-Stroud, T. Kaisho, G. Dranoff, GC. Yuan, DJ. Mooney, KW. Wucherpfennig.
  • Journal Title: Nature Volume: 606 Issue: 7916 Pages: 992-998
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04772-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thymic epithelial cells co-opt lineage-defining transcription factors to eliminate autoreactive T cells (2022)
  • Author(s): D. A Michelson, K. Hase, T. Kaisho, C. Benoist, D. Mathis.
  • Journal Title: Cell Volume: 185 Issue: 14 Pages: 2542-2558
  • DOI: 10.1016/j.cell.2022.05.018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Depletion of cDC1 cells upon immunotherapy of established tumors precludes efficacy. Cancer Research Depletion of Conventional Type-1 Dendritic Cells in Established Tumors Suppresses Immunotherapy Efficacy (2022)
  • Author(s): A. Teijeira, S. Garasa, C. luri, C. de Andrea, M. Gato, C. Molina, T. Kaisho, A. Cirella, A. Azpilikueta, S. Wculek, J. Egea, I. Olivera, I. Rodriguez, A. Rouzaut, V. Verkhusha, K. Valencia, D. Sancho, P. Berraondo, I. Melero.
  • Journal Title: Cancer Research Volume: 82 Issue: 23 Pages: 4373-4385
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-22-1046
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spi-B alleviates food allergy by securing mucosal barrier and immune tolerance in the intestine. (2022)
  • Author(s): N. Ishihara,Y. Nakamura, K. Yakabe, S. Komiyama, Y. Fujimura, T. Kaisho, S. Kimura, K. Hase.
  • Journal Title: Front Allergy Volume: 3 Pages: 996657-996657
  • DOI: 10.3389/falgy.2022.996657
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tmem45b is essential for inflammation- and tissue injury?induced mechanical pain hypersensitivity (2022)
  • Author(s): Tanioku Tadashi、Nishibata Masayuki、Tokinaga Yasuyuki、Konno Kohtaro、Watanabe Masahiko、Hemmi Hiroaki、Fukuda-Ohta Yuri、Kaisho Tsuneyasu、Furue Hidemasa、Kawamata Tomoyuki
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 119 Issue: 45 Pages: 119-119
  • DOI: 10.1073/pnas.2121989119
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Androgen-regulated MafB drives cell migration via MMP11-dependent extracellular matrix remodeling in mice (2022)
  • Author(s): Alcantara Mellissa C.、Suzuki Kentaro、Acebedo Alvin R.、Kajioka Daiki、Hirohata Satoshi、Kaisho Tsuneyasu、Hatano Yu、Yamagata Kazuo、Takahashi Satoru、Yamada Gen
  • Journal Title: iScience Volume: 25 Issue: 12 Pages: 105609-105609
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.105609
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Hypomorphic mutation of Lig4 gene in mice predisposes to intestinal inflammation driven by Th1 cells (2022)
  • Author(s): Y. Yamashita, T. Kato, H. Kosako, S. Iwabuchi, K. Tanaka, K. Nakashima, I. Sasaki, S. Hashimoto, K. Ohshima, T. Kaisho, T. Sonoki, S. Tamura.
  • Organizer: 第84回日本血液学会学術集会
• [Presentation] Model mice of human inborn errors of immunity showing mixed manifestations of aouoinflammation,immunodeficiency and/or autoimmunity. (2022)
  • Author(s): T. Kaisho.
  • Organizer: 第51回日本免疫学会総会・学術集会
  • Invited
• [Presentation] γδT cells in Peyer’s patches acquire the encephalitogenic phenotype through the activation by commensals and exacerbates autoimmune ncephaomyelitis. (2022)
  • Author(s): S. Komiyama, D. Takahashi, T.Kaisho, K. Hase.
  • Organizer: 第51回日本免疫学会総会・学術集会
• [Presentation] Dendritic and T cell abnormalities in an autoinflammatory disease with interstitial lung disease and type 1 interferonopathy caused by a disability of retrongrade protein trafficking. (2022)
  • Author(s): T. Kato, I.Sasaki, H. Hemmi, Y. Honda. K. Izawa, R. Nishikomori, T. Kaisho.
  • Organizer: 第51回日本免疫学会総会・学術集会
• [Presentation] Type 1 conventional dendritic cells of bone marrow assistthe prograession of multiple myeloma and consist of tumor microenvironment in the transplanted Vk*MYC mouse model. (2022)
  • Author(s): S.Suzuki, S.Tsuda, T.Takubo, H.Toyoshima, M.Yoshino, T.Kaisho, T.Fukuda, K.Tokoyoda.
  • Organizer: 第51回日本免疫学会総会・学術集会
• [Presentation] The role of Rnase T2 in macrophage homeostasis. (2022)
  • Author(s): R.Sato, K.Liu, T.Shibata, R.Fukui, K.Hoshino, T.Kaisho, K.Miyake.
  • Organizer: 第51回日本免疫学会総会・学術集会
• [Presentation] 遺伝子改変マウスを用いた組織常在マクロファージの免疫学的解析 (2022)
  • Author(s): 加治汐梨、佐々木泉、加藤喬、西山奈央子、山本明日美、脇村一輝、北野雅之、改正恒康
  • Organizer: 第29回日本免疫毒性学会学術年会
• [Presentation] Activation of type 1 interferon signaling in dendritic cells and T cells of the mouse model of COPA syndrome. (2022)
  • Author(s): T.Kato, R.Yamasaki, N.W-Nishiyama. I.Sasaki, S.Kaji, K.Murakami, H.Hemmi, Y.Honda, K.Izawa, Y.Otsuki, T.Matsubayashi, R.Nishikomori, T.Kaisho.
  • Organizer: 第29回日本免疫毒性学会学術年会
• [Presentation] Lig4遺伝子の低形成性変異を有したマウスは異常Th1細胞による炎症性腸疾患を発症する (2022)
  • Author(s): 田村志宜、山下友佑、小浴秀樹、加藤喬、岩淵貞弘、佐々木泉、橋本真一、改正恒康
  • Organizer: 第6回日本免疫不全・自己炎症学会総会
• [Presentation] Immunotherapy of chronic virus infections: exhausted CD8+ T cell subsets are differentially regulated by XCR1+ DC. (2022)
  • Author(s): A.Meyerhans, E.D-Vila, V.Casella, R.Iwabuxhi, E.Fossum, M.Pedragosa, Q.Castellvi, T.Kaisho, K.Terahara, G.Bocharov, J.Argilaguet.
  • Organizer: The 16th International Symposium on Dendritic Cells 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] γδT17 cells in Peyer’s patches acquire the encephalitogenic phenotype through the activation by commensals. (2022)
  • Author(s): S. Komiyama, D. Takahashi, T. Kaisho, H. Watarai, K. Hase.
  • Organizer: The 9th Congress of International Human Microbiome Consortium
  • Int'l Joint Research