Elucidation of antigen-specificity of regulatory T cells in the regulation of autoimmunity

• Project Area: Reevaluation of self recognition by immune system to decipher its physiological advantages and pathological risk
• Project/Area Number: 22H05191
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 堀 昌平 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (50392113)
• 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 2025: ¥20,800,000 (Direct Cost: ¥16,000,000、Indirect Cost: ¥4,800,000); 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: 免疫寛容 / 制御性T細胞 / 自己免疫疾患 / 抗原特異性 / T細胞受容体 / 自己抗原

Outline of Research at the Start

制御性T細胞は、T細胞受容体を介して自己抗原を認識して分化・活性化し、自己を傷害する病原性T細胞の反応を抑制して自己に対する免疫寛容を確立・維持している。本研究では、免疫応答を制御する側とされる側のT細胞受容体が認識する自己の分子的実体を同定し、制御性T細胞が自己に対して特異的に免疫寛容を成立させる分子基盤を解明する。そして、制御性T細胞の自己反応性が非自己、擬自己に対する免疫応答に与える影響を解析し、その「功」と「罪」を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

以下の3項目につき研究を進めた。
(1) 組織選択的自己免疫疾患の抑制に紐付いたTCRクロノタイプの機能解析：野生型マウス肺に浸潤してクローン増殖し、Foxp3 A384T変異マウス肺で欠損するTCRクロノタイプのうち、Th2型Treg選択的に発現する#4について、TCRレトロジェクニックマウスの作製・解析を進めた。#4導入Tregは、ポリクローナルな野生型Tregが分化する競合条件下では肺所属リンパ節には集積し活性化するものの肺には集積できなかったが、ポリクローナルなA384T Tregとの競合条件下では肺にも集積しTh2型Tregに選択的に分化した。このことから、#4 Tregは野生型Tregとニッチを競合するために肺に集積できないのに対し、A384T変異によりニッチが空くことで肺に集積すると考えられた。
(2) Th1型Tregサブセット分化における抗原特異性の寄与：Th1型の表現型を示すTreg TCRクロノタイプ#1についてレトロジェニックマウス作製・解析を進めた。ポリクローナルな野生型Tregが分化する競合条件下で、#1導入TregはTh1型Tregに選択的に分化したことから、TCR配列（抗原特異的シグナル）依存的なTh1型Treg分化メカニズムの存在が示唆された。
(3) 末梢リンパ組織におけるTreg TCRレパトア選択機構：Tregの分化成熟段階を追ってTCRレパトアを比較した。その結果、Tregのレパトアは、末梢への移出や末梢での成熟よりも、活性化に伴い最も大きく変化することがわかった。さらに、活性化とともに増殖するTregクローンは個体間で異なるものの、個体間で共通して選択される、類似した配列からなるTCRクラスターが存在することを見いだした。このことから、これらTCRクラスターは個体間で共通する自己抗原を認識して選択される可能性が考えられた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

着目しているTCRクロノタイプについて、研究計画に従ってレトロジェニックマウスの実験系を確立し、機能解析を進めてきた。クロノタイプ#1については、肺組織選択性はないものの、Th1型Tregに選択的に分化することを明らかにし、従来提唱されている抗原非特異的シグナル（サイトカインシグナル）によるTh1型Treg分化メカニズムとは異なった、抗原特異的シグナル依存的なTh1型Treg分化メカニズムが存在することを明らかにした。クロノタイプ#4については、肺組織選択的に集積・活性化し、Th2型Tregに分化すること、肺においてはポリクローナルな野生型Tregと競合することを見いだし、組織における「Tregニッチ」の存在を明らかにした。「Tregニッチ」の分子実体の一つは抗原であると考えられる。
また、これら当初計画した研究に加え、リンパ組織TregのTCRレパトア解析から、個体間で共通して増幅された、類似したTCR配列からなるクラスターを同定した。これらはエフェクター・メモリー型Tregに選択的に発現し、リンパ組織の樹状細胞に反応することを示唆する予備的知見を得ており、これら類似したTCRが共通の自己抗原を認識する可能性が示唆された。
以上の経緯・結果から、本研究は順調に進んでいると判断した。

Strategy for Future Research Activity

着目しているTCRクロノタイプにつき、TCRレトロジェニックマウスの作製・解析を進め、炎症抑制機能を賦与できるか検討する。また、詳細な解析を可能にするためにTCRトランスジェニックマウスの作製も進める。そして、これらTCRクロノタイプ（特に#4）を発現するTregがどのようなTCRを発現した通常型T細胞を抑制するのか、#4発現Tregの存在下と非存在下でA384Tマウス肺のTconvのTCRレパトア解析を行い、#4発現Treg存在下でクローン増殖が抑制されるTCRクロノタイプを同定する。抗原同定については、リンパ組織のエフェクター・メモリー型Tregに発現するTCRクロノタイプについては、末梢リンパ組織の抗原提示細胞に提示されたペプチド・ライブラリーのスクリーニングを行う。肺組織TregのTCRクロノタイプについては、和泉グループと共同研究を進め、肺組織から抽出したタンパク質をペプチドに断片化して分離・分取し、目的のTCRを発現させたハイブリドーマを活性化させる画分を同定し、そこに含まれるペプチドを質量分析により決定する。

Research Products

• [Journal Article] Diet-mediated constitutive induction of novel IL4+ ILC2 cells maintains intestinal homeostasis in mice (2023)
  • Author(s): Cui Wanlin, Nagano Yuji, Hatakeyama Masanori, Honda Kenya , et al.
  • Journal Title: Journal of Experimental Medicine Volume: － Issue: 8
  • DOI: 10.1084/jem.20221773
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cathepsin W restrains peripheral regulatory T cells for mucosal immune quiescence (2023)
  • Author(s): Li Jian, Chen Zuojia, Kim Girak, Luo Jialie, Hori Shohei, Wu Chuan
  • Journal Title: Science Advances Volume: 9 Issue: 28
  • DOI: 10.1126/sciadv.adf3924
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functional analysis of Foxp3 and its mutants by retroviral transduction of murine primary CD4(+) T Cells. (2023)
  • Author(s): Nakajima A, Murakami R, Hori S
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 2559 Pages: 79-94
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2647-4_7
  • ISBN: 9781071626467, 9781071626474
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neuropilin-1 (NRP1) expression distinguishes self-reactive helper T cells in systemic autoimmune disease. (2022)
  • Author(s): Raveney BJ, El-Darawish Y, Sato W, Arinuma Y, Yamaoka K, Hori S, Yamamura T, Oki S
  • Journal Title: EMBO Molecular Medicine Volume: 14 Issue: 10 Pages: 1-20
  • DOI: 10.15252/emmm.202215864
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Whole-embryonic identification of maternal microchimeric cell types in mouse using single-cell RNA sequencing (2022)
  • Author(s): Fujimoto Kana、Nakajima Akira、Hori Shohei、Tanaka Yumiko、Shirasaki Yoshitaka、Uemura Sotaro、Irie Naoki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 18313-18313
  • DOI: 10.1038/s41598-022-20781-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Regulation of T cell responses in health and disease (2024)
  • Author(s): Shohei Hori
  • Organizer: 第52回日本免疫学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 制御性T細胞とアレルギー (2024)
  • Author(s): 堀昌平
  • Organizer: 日本アレルギー学会 第10回総合アレルギー講習会
  • Invited
• [Presentation] GATA3 dysfunction in follicular regulatory T cells may underlie selective dysregulation of type 2 humoral immunity in Foxp3A384T mice (2024)
  • Author(s): Shiki Masumoto, Akira Nakajima, Shohei Hori
  • Organizer: 第52回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Inhibition of AKT-mTOR signaling contributes to Foxp3-dependent induction of endogenous Foxp3 transcription in vivo (2024)
  • Author(s): Yuxi Wei, Hinako Ago, Shotaro Funatsu, Ryuichi Murakami, Akira Nakajima, Shohei Hori
  • Organizer: 第52回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] MHC class II limits microbiota-dependent activation of colonic CD8 T cells in a CD4 T cell- and LAG-3- dependent manner (2024)
  • Author(s): Tomoya Sengiku, Masato Kubo, Shohei Hori, Ruka Setoguchi
  • Organizer: 第52回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Overexpression of BATF enhances proliferative and suppressive activities of Treg cells in vivo (2024)
  • Author(s): Kohta Matsuura, Ryuichi Murakami, Shohei Hori
  • Organizer: 第52回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Foxp3A384T mutation represses Myc transcription without globally affecting chromatin accessibility in effector Treg cells (2024)
  • Author(s): Suzu Kawagoe, Ryuichi Murakami, Shohei Hori
  • Organizer: 第52回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] T cell receptor repertoires of regulatory and conventional T cells converge during differentiation into effector or memory states (2024)
  • Author(s): Reiko Tsukazaki, Ryuichi Murakami, Shohei Hori
  • Organizer: 第52回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] 生体内におけるFoxp3依存的な内在性Foxp3の発現誘導メカニズム： AKT-mTOR経路抑制の寄与 (2023)
  • Author(s): 魏宇熙、吾郷日向子、船津翔太郎、村上龍一、中島啓、堀昌平
  • Organizer: 第32回Kyoto T Cell Conference
• [Presentation] TCR-mTORC1経路依存的なTreg固有のエピゲノム形成機構 (2023)
  • Author(s): 木下誠秀、大野真衣、早津徳人、大西玲子、中島啓、堀昌平
  • Organizer: 第32回Kyoto T Cell Conference
• [Presentation] MHCクラスII分子はCD4とLAG-3に依存して大腸CD8 T細胞の活性化 を制御する (2023)
  • Author(s): 千菊智也、久保允人、堀昌平、瀬戸口留可
  • Organizer: 第32回Kyoto T Cell Conference
• [Presentation] Molecular control of Treg cell differentiation and function by Foxp3 and TCR signals. (2022)
  • Author(s): Shohei Hori
  • Organizer: 2022 FIMSA Advanced Immunology Course
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Molecular control of Treg cell function by Foxp3 and TCR signals. (2022)
  • Author(s): Shohei Hori
  • Organizer: ImmunOctoberfest 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Control of regulatory T cell differentiation and function by the transcription factor Foxp3 and the T cell receptordependent recognition of immunological self. (2022)
  • Author(s): Shohei Hori
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Molecular control of Treg cell differentiation and function by Foxp3 and TCR signals. (2022)
  • Author(s): Shohei Hori
  • Organizer: 第51回日本免疫学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Foxp3 A384T変異は制御性T 細胞のTCR 刺激依存的な増殖をBatf発現抑制非依存的に障害する (2022)
  • Author(s): 川越紗，村上龍一，堀昌平
  • Organizer: 第31回Kyoto T Cell Conference
• [Presentation] 制御性T細胞選択的BATF発現増強マウスの解析 (2022)
  • Author(s): 松浦宏大，村上龍一，堀昌平
  • Organizer: 第31回Kyoto T Cell Conference
• [Presentation] MHCクラスII分子はCD4 T細胞非依存的に大腸CD8 T細胞の活性化を制御する (2022)
  • Author(s): 千菊智也，堀昌平，瀬戸口留可
  • Organizer: 第21回次世代を担う若手のためのファーマ・バイオフォーラム2022
• [Presentation] The Foxp3 A384T mutation impairs TCR-induced proliferation of effector regulatory T cells by interfering with c-Myc induction (2022)
  • Author(s): Suzu Kawagoe, Maori Oda, Ryuichi Murakami, Shohei Hori
  • Organizer: 第51回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Robust TCR signals control epigenetic conversion of conventional T cells to regulatory T cells through mTORC1-dependent expression of TET proteins (2022)
  • Author(s): Tomohide Kinoshita, Mai Ohno, Norihito Hayatsu, Reiko Ohnishi, Akira Nakajima, Shohei Hori
  • Organizer: 第51回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Tissue-specific deficiency of clonally expanded regulatory T cells underlies tissue-restricted inflammation in Foxp3 A384T mutant mice (2022)
  • Author(s): Yoshimichi Hoshiya, Ryuichi Murakami, Shohei Hori
  • Organizer: 第51回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Foxp3-transduced T cells acquire regulatory T cell-like epigenome, gene expression, and suppressive activity in vivo (2022)
  • Author(s): Yuxi Wei, Shotaro Funatsu, Ryuichi Murakami, Akira Nakajima, Shohei Hori
  • Organizer: 第51回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] BATF-overexpressing Treg cells show enhanced tissue accumulation and suppressive ability in vivo (2022)
  • Author(s): Kohta Matsuura, Akihiko Kimura, Takahisa Miyao, Ryuichi Murakami, Shohei Hori
  • Organizer: 第51回日本免疫学会学術集会
• [Remarks] 東京大学大学院薬学系研究科免疫・微生物学教室ホームページ
  • URL: https://meneki.f.u-tokyo.ac.jp/