Elucidation of molecular mechanism that promotes IgA production in the mammary gland

• Project/Area Number: 16H06207
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Animal production science
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Nochi Tomonori 東北大学, 農学研究科, 准教授 (10708001)
• Research Collaborator: Aso Hisashi ; Watanabe Kouichi ; Kiyono Hiroshi ; Sato Shintaro
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥24,180,000 (Direct Cost: ¥18,600,000、Indirect Cost: ¥5,580,000); Fiscal Year 2017: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2016: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
• Keywords: IgA / 微生物 / 乳腺 / CCL28 / CCR10 / 免疫 / 粘膜免疫 / 乳房炎

Outline of Final Research Achievements

Breastfeeding is important for mammals, providing immunological and microbiological advantages to neonates from the mother. However, the mechanisms of this functional diversity in the mammary gland remain poorly characterized. Here, we show that the mammary gland develops immune and microbial environments consisting of IgA and the microflora, respectively, both of which are important for protecting neonates and the mother from infectious diseases. The IgA production and microflora development are coordinated in the gastrointestinal tract but seem to be independently regulated in the mammary gland. In particular, CCL28, a crucial molecule for the recruitment of IgA-producing cells into the mammary gland, was expressed normally in germ-free lactating mice but were almost undetectable in postweaning mothers, regardless of the microflora presence. Our findings offer insights into potentially improving the quality of breastfeeding, using both immunological and microbiological approaches.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究を通して、分娩後の母体が、生体内に存在するIgA産生細胞を乳腺に集結させる分子メカニズムが解明され、乳汁中の移行抗体が産生されるプロセスの大半が明らかにされた。一方で、この乳腺に存在するIgA産生細胞が、生体内のどこで活性化し乳腺に遊走しているのか、その由来の特定は今後の課題とされた。哺育の質の向上は、母子の健全育成を可能にする重要な課題である。従来の授乳生理に関わる学問に加え、免疫学および微生物学的視点を加えた新たなアプローチを駆使することで、哺乳動物特有の母子間の情報伝達機構が解明され、健康社会の実現に貢献可能な免疫・微生物戦略が確立されると期待される。

Research Products

• [Journal Article] Development of immune and microbial environment is independently regulated in the mammary gland (2018)
  • Author(s): Niimi K, Usami K, Fujita Y, Abe M, Furukawa M, Suyama Y, Sakai Y, Kamioka M, Shibata N, Park EJ, Sato S, Kiyono H, Yoneyama H, Kitazawa H, Watanabe K, Nochi T, Aso H
  • Journal Title: Mucosal Immunology Volume: 印刷中 Issue: 3 Pages: 643-653
  • DOI: 10.1038/mi.2017.90
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of a novel mechanism of action of bovine IgG antibodies specific for Staphylococcus aureus (2018)
  • Author(s): Furukawa Mutsumi、Yoneyama Hiroshi、Hata Eiji、Iwano Hidetomo、Higuchi Hidetoshi、Ando Tasuke、Sato Mika、Hayashi Tomohito、Kiku Yoshio、Nagasawa Yuya、Niimi Kanae、Usami Katsuki、Ito Kumiko、Watanabe Kouichi、Nochi Tomonori、Aso Hisashi
  • Journal Title: Veterinary Research Volume: 49 Issue: 1 Pages: 22-22
  • DOI: 10.1186/s13567-018-0517-y
  • NAID: 120006798140
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of a moderate-fat diet that is enriched with fish oil on intestinal lipid absorption in a senescence-accelerated prone mouse model (2018)
  • Author(s): Yamamoto Kazushi、Iwagaki Yui、Watanabe Kouichi、Nochi Tomonori、Aso Hisashi、Tsuduki Tsuyoshi
  • Journal Title: Nutrition Volume: 50 Pages: 26-35
  • DOI: 10.1016/j.nut.2017.10.015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Critical role of intestinal interleukin-4 modulating regulatory T Cells for desensitization, tolerance, and inflammation of food allergy. (2017)
  • Author(s): Nakajima-Adachi, H., Shibahara, K., Fujimura, Y., Takeyama, J., Hiraide, E., Kikuchi, A., Murakami, H., Hosono, A., Nochi, T., Wakatsuki, Y., Shimojo, N., Kaminogawa, S., Sato, R., Kiyono, H. and Hachimura, S.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12 Issue: 2 Pages: e0172795-e0172795
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0172795
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Transcriptomic analysis of the innate antiviral immune response in porcine intestinal epithelial cells: influence of immunobiotic lactobacilli. (2017)
  • Author(s): Albarracin, L., H. Kobayashi, H. Iida, N. Sato, T. Nochi, H. Aso, S. Salva, S. Alvarez, H. Kitazawa, J. Villena
  • Journal Title: Front. Immunol. Volume: 8(57) Pages: 1-15
  • DOI: 10.3389/fimmu.2017.00057
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Immunoregulatory effects triggered by immunobiotic Lactobacillus jensenii TL2937 strain involve efficient phagocytosis in porcine antigen presenting cells. (2016)
  • Author(s): Kohichiro Tsukida, Takuya Takahashi, Hikaru Iida, Paulraj Kanmani, Yoshihito Suda, Tomonori Nochi, Shuichi Ohwada, Hisashi Aso, Sou Ohkawara, Seiya Makino, Hiroshi Kano, Tadao Saito, Julio Villena, and Haruki Kitazawa
  • Journal Title: BMC Immunology Volume: 17 Issue: 1 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1186/s12865-016-0160-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of Human-Like Advanced Coronary Plaques in Low-Density Lipoprotein Receptor Knockout Pigs and Justification for Statin Treatment Before Formation of Atherosclerotic Plaques (2016)
  • Author(s): Y. Li, D. Fuchimoto, M. Sudo, H. Haruta, Q.F. Lin, T. Takayama, S. Morita, T. Nochi, S. Suzuki, S. Sembon, M. Nakai, M. Kojima, M. Iwamoto, M. Hashimoto, S. Yoda, S. Kunimoto, T. Hiro, T. Matsumoto, M. Mitsumata, M. Sugitani, S. Saito, A. Hirayama, A. Onishi
  • Journal Title: Journal of American Heart Association Volume: Vol.5 Issue: 4
  • DOI: 10.1161/jaha.115.002779
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 2.Immunobiotic Bifidobacteria Strains Modulate Rotavirus Immune Response in Porcine Intestinal Epitheliocytes via Pattern Recognition Receptor Signaling. (2016)
  • Author(s): Ishizuka T, Kanmani P, Kobayashi H, Miyazaki A, Soma J, Suda Y, Aso H, Nochi T, Iwabuchi N, Xiao JZ, Saito T, Villena J, Kitazawa H.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 11 Issue: 3 Pages: 1-19
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0152416
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cyclophilin A is a new M cell marker of bovine intestinal epithelium. (2016)
  • Author(s): Tetsuya Hondo , Shunsuke Someya , Yuya Nagasawa , Shunsuke Terada, Hitoshi Watanabe, Xiangning Chen, Kouichi Watanabe, Shyuichi Ohwada, Haruki Kitazawa, Michael T. Rose, Tomonori Nochi, Hisashi Aso
  • Journal Title: Cell and Tissue Research Volume: 364 Issue: 3 Pages: 585-597
  • DOI: 10.1007/s00441-015-2342-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 4.ART influences HIV persistence in the female reproductive tract and cervicovaginal secretions. (2016)
  • Author(s): Olesen R, Swanson MD, Kovarova M, Nochi T, Chateau M, Honeycutt JB, Long JM, Denton PW, Hudgens MG, Richardson A, Tolstrup M, Østergaard L, Wahl A, Garcia JV.
  • Journal Title: J. Clin. Invest. Volume: 126 Issue: 3 Pages: 892-904
  • DOI: 10.1172/jci64212
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 乳腺と大腸をつなぐ免疫ネットワークの解明 (2017)
  • Author(s): 宇佐美克紀、新實香奈枝、古川睦実、佐々木志保、伊藤駿、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第122回日本畜産学会
  • Place of Presentation: 兵庫・神戸
  • Year and Date: 2017-03-27
• [Presentation] ウシ血中樹状細胞の精製法確立と枯草菌給与による活性化機構の解明 (2017)
  • Author(s): 庄涛、浦川めぐみ、鈴木京、田口輝明、佐藤秀俊、高田直和、及川俊徳、小林宏子、伊藤愛、芦田延久、小林寛和、渡邊康一、野地智法、麻生久
  • Organizer: 第122回日本畜産学会
  • Place of Presentation: 兵庫・神戸
  • Year and Date: 2017-03-27
• [Presentation] マウス腸管上皮M 細胞におけるアルドラーゼA受容体の探索 (2017)
  • Author(s): 鈴木京、長澤裕哉、田中孝太朗、庄涛、田口輝明、北澤春樹、渡邊康一、野地智法、麻生久
  • Organizer: 第122回日本畜産学会
  • Place of Presentation: 兵庫・神戸
  • Year and Date: 2017-03-27
• [Presentation] 枯草菌の給与が乳牛の血中栄養因子および免疫因子に与える影響 (2017)
  • Author(s): 浦川めぐみ、佐藤秀俊、庄涛、鈴木京、田口輝明、小林宏子、伊藤愛、高田直和、及川俊徳、芦田延久、今林寛和、渡邊康一、野地智法、麻生久
  • Organizer: 第122回日本畜産学会
  • Place of Presentation: 兵庫・神戸
  • Year and Date: 2017-03-27
• [Presentation] Decreased Glycolysis Relates to Immune Response in Heat-Stressed Chicken (2017)
  • Author(s): Nurjanah Siti、野地智法、南都文香、古川恭平、阿部汐里、福田栞、喜久里基、豊水正昭
  • Organizer: 第122回日本畜産学会
  • Place of Presentation: 兵庫・神戸
  • Year and Date: 2017-03-27
• [Presentation] 黄色ブドウ球菌特異的IgG抗体はSortase A非依存的に細胞増殖を阻害する (2017)
  • Author(s): 古川睦実、米山裕、秦英司、安藤太助、林智人、菊佳男、長澤裕哉、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第90回日本細菌学会
  • Place of Presentation: 宮城・仙台
  • Year and Date: 2017-03-19
• [Presentation] 授乳期の乳腺の機能形成おける役割 (2017)
  • Author(s): 佐々木志保、新實香奈枝、宇佐美克紀、古川睦実、伊藤駿、馬場柚里、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第67回東北畜産学会
• [Presentation] 授乳期特有の乳腺免疫の発達に関わるＴ細胞の役割とは (2017)
  • Author(s): 宇佐美克紀、新實香奈枝、古川睦実、佐々木志保、伊藤駿、馬場柚里、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第67回東北畜産学会
• [Presentation] 乳腺の機能形成に与える卵巣由来物質の影響とは (2017)
  • Author(s): 佐々木志保、新實香奈枝、宇佐美克紀、古川睦実、伊藤駿、馬場柚里、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第4回乳房炎サマーキャンプ
• [Presentation] 乳腺と大腸をつなぐ新規免疫誘導経路の解明 (2017)
  • Author(s): 宇佐美克紀、新實香奈枝、古川睦実、佐々木志保、伊藤駿、馬場柚里、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第4回乳房炎サマーキャンプ
• [Presentation] 末梢セロトニンの骨格筋線維型移行および代謝亢進作用の解明 (2017)
  • Author(s): 甲藤士郎・田口輝明、田中孝太朗、庄涛、吉村梢、渡邊康一、野地智法、麻生久
  • Organizer: 第123回日本畜産学会
• [Presentation] Dispensable role of indigenous bacteria in developing the mammary gland functions (2017)
  • Author(s): Niimi K, Usami K, Furukawa M, Sasaki S, Ito S, Banba Y, Watanabe K, Aso H, Nochi T.
  • Organizer: 第123回日本畜産学会
• [Presentation] 二次リンパ組織の形態形成に関するブタ胎仔を用いた組織学的研究 (2017)
  • Author(s): 古川睦実、伊藤駿、盛田彰太郎、鈴木俊一、淵本大一郎、中井美智子、大西彰、新實香奈枝、宇佐美克紀、佐々木志保、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第160回日本獣医学会
• [Presentation] X-SCIDモデルブタ（IL2Rg欠損ブタ）の各種臓器内に認められるＴ細胞およびＢ細胞分布に関する組織学的研究 (2017)
  • Author(s): 伊藤駿、古川睦実、盛田彰太郎、鈴木俊一、淵本大一郎、中井美智子、大西彰、新實香奈枝、宇佐美克紀、佐々木志保、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第160回日本獣医学会
• [Presentation] プロバイオティクス枯草菌によるウシ乳房炎の発症軽減効果 (2017)
  • Author(s): 浦川めぐみ、佐藤秀俊、庄涛、田口輝明、海野剛、田中孝太朗、甲藤士郎、吉村梢、小林宏子、伊藤愛、高田直和、芦田延久、大友直樹、渡邊康一、野地智法、麻生久
  • Organizer: 第22回日本乳房炎研究会
• [Presentation] 乳腺免疫のユニーク性と乳房炎予防に向けた新概念の構築 (2017)
  • Author(s): 野地智法
  • Organizer: 第22回日本乳房炎研究会
  • Invited
• [Presentation] Development of immune and microbial environments is independently regulated in the mammary gland (2017)
  • Author(s): Niimi K, Usami K, Aso H, Nochi T.
  • Organizer: 第46回日本免疫学会
• [Presentation] Important role of the immunological network between large intestine and mammary gland in breastfeeding (2017)
  • Author(s): Usami K, Niimi K, Kamioka M, Kiyono H, Aso H, Nochi T.
  • Organizer: 第46回日本免疫学会
• [Presentation] 初産牛における乳汁中の体細胞数と炎症誘起因子シクロフィリンA濃度との相関解析 (2017)
  • Author(s): 海野剛、浦川めぐみ、庄涛、田中孝太朗、吉村梢、佐藤佑子、伊藤愛、小林宏子、渡邊康一、野地智法、麻生久
  • Organizer: 第124回日本畜産学会
• [Presentation] ブタにおける二次リンパ組織の形態形成機序の解明 (2017)
  • Author(s): 古川睦実、伊藤駿、鈴木俊一、淵本大一郎、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第124回日本畜産学会
• [Presentation] 末梢セロトニンの褐色脂肪細胞活性化による抗肥満作用 (2017)
  • Author(s): 田口輝明、甲藤士郎、田中孝太朗、庄涛、吉村梢、渡邊康一、野地智法、麻生久
  • Organizer: 第124回日本畜産学会
• [Presentation] 暑熱環境が肉用鶏のリンパ組織に及ぼす影響 (2017)
  • Author(s): 平川良太、野地智法、喜久里基、古川恭平、村井篤嗣、豊水正昭
  • Organizer: 第124回日本畜産学会
• [Presentation] Effects of oleuropein on lipoplysaccharide-induced pepatic injury in mice (2017)
  • Author(s): Otani A, Shirakawa H, Nochi T, Toyomizu M, Kikusato M.
  • Organizer: 第124回日本畜産学会
• [Presentation] Development processes of immune and microbial environments in the mammary gland (2017)
  • Author(s): Tomonori Nochi
  • Organizer: 2017 International Symposium on Immunology and Biotechnology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 黄色ブドウ球菌性乳房炎における乳汁中乳腺上皮細胞の割合は乳腺組織の損傷を反映する (2016)
  • Author(s): 長澤裕哉、菊佳男、菅原和恵、田邉扶由子、石川義春、市居修、野地智法、麻生久、昆泰寛、門田耕一、林智人
  • Organizer: 第6回家畜感染症学会
  • Place of Presentation: 福岡・博多
  • Year and Date: 2016-12-02
• [Presentation] 黄色ブドウ球菌（SA）の死菌接種によって産生されるポリクローナル抗体はSAに対する増殖阻害効果を有する (2016)
  • Author(s): 古川睦実、米山裕、秦英司、岩野英知、樋口豪紀、安藤太助、佐藤美佳、林智人、菊佳男、長澤裕哉、新實香奈枝、宇佐美克紀、佐々木志保、伊藤駿、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第6回家畜感染症学会
  • Place of Presentation: 福岡・博多
  • Year and Date: 2016-12-02
• [Presentation] 褐色脂肪細胞の活性化による経口セロトニンの抗肥満作用 (2016)
  • Author(s): 田口輝明、日高湧介、海野剛、對木陽淳、陳香凝、北澤春樹、渡邊康一、野地智法、麻生久
  • Organizer: 第66回東北畜産学会
  • Place of Presentation: 岩手・盛岡
  • Year and Date: 2016-09-06
• [Presentation] 枯草菌給与によるウシ分娩前後における血中樹状細胞の機能解析 (2016)
  • Author(s): 庄涛、浦川めぐみ、佐藤秀俊、高田直和、及川俊徳、小林宏子、伊藤愛、芦田延久、今林寛和、小林寛和、渡邊康一、野地智法、麻生久
  • Organizer: 第66回東北畜産学会
  • Place of Presentation: 岩手・盛岡
  • Year and Date: 2016-09-06
• [Presentation] 黄色ブドウ球菌のin vitroでの増殖阻害を可能にするウシポリクローナル抗体の作製 (2016)
  • Author(s): 古川睦実、米山裕、秦英司、岩野英知、樋口豪紀、安藤太助、佐藤美佳、林智人、菊佳男、長澤裕哉、新實香奈枝、宇佐美克紀、佐々木志保、伊藤駿、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第66回東北畜産学会
  • Place of Presentation: 岩手・盛岡
  • Year and Date: 2016-09-06
• [Presentation] ウシ咽頭扁桃は鼻腔投与した黄色ブドウ球菌死菌に対する免疫応答の場になる (2016)
  • Author(s): 長澤裕哉、菊佳男、菅原和恵、田邉扶由子、石川義春、野地智法、市居修、昆泰寛、麻生久、門田耕一、林智人
  • Organizer: 第159回日本獣医学会
  • Place of Presentation: 岩手・盛岡
  • Year and Date: 2016-09-06
• [Presentation] フローサイトメトリーを用いた授乳期の乳腺に認められるIgA産生形質細胞の性状解析 (2016)
  • Author(s): 宇佐美克紀、新實香奈枝、古川睦実、藤田勇気、阿部未来、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第159回日本獣医学会
  • Place of Presentation: 岩手・盛岡
  • Year and Date: 2016-09-06
• [Presentation] Fat metabolic capacity of ruminant-specific type I myofiber subtype. (2016)
  • Author(s): Youjun Tsuiki, Takatoshi Sato, Tomonori Nochi, Hisashi Aso, Kouichi Watanabe
  • Organizer: 17th AAAP Animal Science Congress 2016
  • Place of Presentation: 福岡・博多
  • Year and Date: 2016-08-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 黄色ブドウ球菌（SA）特異的ウシポリクローナル抗体を用いたSA増殖阻害効果の検討 (2016)
  • Author(s): 古川睦実、米山裕、秦英司、岩野英知、樋口豪紀、安藤太助、佐藤美佳、林智人、菊佳男、長澤裕哉、新實香奈枝、宇佐美克紀、佐々木志保、伊藤駿、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第3回乳房炎サマーキャンプ
  • Place of Presentation: 山梨・南都留
• [Presentation] 授乳期の乳腺でのIgA産生を促す要因とは（その１） (2016)
  • Author(s): 宇佐美克紀、新實香奈枝、古川睦実、藤田勇気、阿部未来、佐々木志保、伊藤駿、陶山佳久、酒井義文、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第3回乳房炎サマーキャンプ
  • Place of Presentation: 山梨・南都留
• [Presentation] 授乳期の乳腺でのIgA産生を促す要因とは（その２） (2016)
  • Author(s): 新實香奈枝、宇佐美克紀、古川睦実、藤田勇気、阿部未来、佐々木志保、伊藤駿、渡邊康一、麻生久、野地智法
  • Organizer: 第3回乳房炎サマーキャンプ
  • Place of Presentation: 山梨・南都留
• [Presentation] 枯草菌の給与が乳牛の乳房炎予防および健康状態に与える影響 (2016)
  • Author(s): 浦川めぐみ、庄涛、鈴木京、田口輝明、佐藤秀俊、小林宏子、伊藤愛、及川俊徳、高田直和、芦田延久、今林寛和、渡邊康一、野地智法、麻生久
  • Organizer: 第3回乳房炎サマーキャンプ
  • Place of Presentation: 山梨・南都留
• [Presentation] 枯草菌のウシ乳房炎発症抑制効果と血中樹状細胞活性化機能の関係 (2016)
  • Author(s): 庄涛、浦川めぐみ、佐藤秀俊、高田直和、及川俊徳、小林宏子、伊藤愛、芦田延久、小林寛和、渡邊康一、野地智法、麻生久
  • Organizer: 第21回日本乳房炎研究会
  • Place of Presentation: 東京・台東区