免疫細胞分化・造血環境における免疫プロテアソーム機能的意義の解明

• Project/Area Number: 21K06956
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49030:Experimental pathology-related
• Research Institution: Okayama University of Science
• Principal Investigator: 邊見 弘明 岡山理科大学, 獣医学部, 教授 (20451924)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: プロテアソーム / 遺伝子変異 / 遺伝子改変マウス / 細胞分化 / 免疫細胞分化 / 造血

Outline of Research at the Start

細胞内の不要/不良なタンパク質の分解や、細胞内シグナル伝達、抗原提示などにも関与する巨大なタンパク複合体であるプロテアソームの機能低下や機能異常により、慢性の難治性炎症を特徴とするプロテアソーム関連自己炎症性症候群が発症することが明らかにされてきている。本計画では、ヒト患者にて見いだされたプロテアソームサブユニットの遺伝子変異を導入したノックインマウスの解析を通して、プロテアソームの新規の機能的意義の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

プロテアソームは、細胞内のタンパク質分解に関わるタンパク複合体であり、不要・不良なタンパク質の分解を行うことで細胞の恒常性の維持や細胞内シグナル伝達、さらにはMHCクラスIによる抗原提示など、様々な生命現象に関与している。プロテアソームサブユニットに生じた遺伝子変異により、自己炎症性疾患のひとつであるプロテアソーム関連自己炎症症候群を発症する。本研究では、自己炎症性疾患様の症状を呈する患者より見いだされた、プロテアソームβ1iサブユニット遺伝子（PSMB9）に生じたアミノ酸置換を伴うde novoのヘテロ変異がどのように疾患に関与しているのか解明するため、当該変異をマウスに導入し（KIマウス）解析を行っている。本研究では、免疫細胞分化におけるプロテアソームの機能的意義の探索を中心に行っている。これまでに、ヘテロおよびホモKIマウスでは野生型マウスと比較して、T細胞、B細胞、樹状細胞などが減少あるいは欠損することや、特に樹状細胞分化については当該変異によって細胞自身の異常により分化異常が引き起こされることが示唆されている。
本年度は、特にホモKIマウスを含めて、造血幹細胞・前駆細胞上のCD48およびCD150の発現を検討して各分画の変化について解析するとともに、当該遺伝子変異が骨髄内の造血環境に与える影響を検討するため、X線照射したヘテロKIマウスをレシピエントとして野生型マウス由来骨髄細胞の移植を行った。しかしながら、予想外なことに、ヘテロKIマウスでは骨髄移植後6週以降頃から削痩を呈し、早期に死亡してしまうことが判明した。このことから、X線照射したヘテロKIマウスでは、移植した骨髄細胞が生着しにくい、あるいはX線に対する感受性が高い可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ヘテロKIマウスをレシピエントとして用いて当該遺伝子変異が骨髄内造血環境に与える影響について検討を試みたが、骨髄移植後にヘテロKIマウスが削痩を呈し、当初予定しいたスケジュールでの解析ができていない。現在、移植方法や移植後の解析時期の再検討を含め、さらなる骨髄移植実験を進めている。また、一部行った前駆細胞のRNA-seqの解析を進めるとともに、さらなる遺伝子発現解析に向けたcell sortingなども進めている。これらの解析を通して、KIマウスが示す血液細胞分化に関する表現型がどのように生じるのか、その機序の解明が期待される。また、Psmb9欠損マウスでの解析も順次進めているところである。

Strategy for Future Research Activity

骨髄移植については、移植後の解析スケジュールを短縮する、移植方法を変更するなど、対応を検討する。また、X線に対する感受性が高い可能性も考えられるため、X線照射前後で遺伝子修復に関わる分子の発現などについても検討を行う。さらに、引き続き造血前駆細胞などについてRNA-seq解析など遺伝子発現解析を行うことで、当該遺伝子変異により、どのような異常が生じているのか解析を進める。同時に、造血幹細胞や前駆細胞などの細胞表面分子の発現について、フローサイトメトリーなどを用いて、より詳細に検討する。さらに、皮膚炎など、各種疾患モデルの確立や予備的実験なども合わせて進める予定である。

Research Products

• [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] Expression profile of immunoregulatory factors in canine tumors (2022)
  • Author(s): Murakami Kohei、Miyatake Saki、Miyamae Jiro、Saeki Kanna、Shinya Mizutani、Akashi Natsuki、Mitsui Ikki、Kobayashi Kosuke、Saeki Kohei、Maeta Noritaka、Kanda Teppei、Okamura Yasuhiko、Hemmi Hiroaki
  • Journal Title: Veterinary Immunology and Immunopathology Volume: 253 Pages: 110505-110505
  • DOI: 10.1016/j.vetimm.2022.110505
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Augmentation of STING‐induced type I interferon production in COPA syndrome (2021)
  • Author(s): Kato Takashi、Yamamoto Masaki、Honda Yoshitaka、Orimo Takashi、Sasaki Izumi、Murakami Kohei、Hemmi Hiroaki、Fukuda‐Ohta Yuri、Isono Kyoichi、Takayama Saki、Nakamura Hidenori、Otsuki Yoshiro、Miyamoto Toshiaki、Takita Junko、Yasumi Takahiro、Nishikomori Ryuta、Matsubayashi Tadashi、Izawa Kazushi、Kaisho Tsuneyasu
  • Journal Title: Arthritis & Rheumatology Volume: in press Issue: 11 Pages: 2105-2115
  • DOI: 10.1002/art.41790
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Radiation inducible MafB gene is required for thymic regeneration (2021)
  • Author(s): Daiki Hashimoto, Jose Gabriel R. Colet, Aki Murashima, Kota Fujimoto, Yuko Ueda, Kentaro Suzuki, Taiju Hyuga, Hiroaki Hemmi, Tsuneyasu Kaisho, Satoru Takahashi, Yousuke Takahama and Gen Yamada1
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: - Issue: 1 Pages: 10439-10439
  • DOI: 10.1038/s41598-021-89836-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heterozygous missense variant of the proteasome subunit β-type 9 causes neonatal-onset autoinflammation and immunodeficiency (2021)
  • Author(s): Kanazawa N, Hemmi H, Kinjo N, Ohnishi H, Hamazaki J, M.H, K.A, M.T, H.S, K.N, K.S, H.Y, I.K, N.R, T.M, Y.Y, T.S, O.T, O.T, K.T, S.I, F.Y, W.N, I.Y, K.K, O.S, T.T, N.K, M.S, Y.K, Kaisho T
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27085-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 免疫不全を伴うプロテアソーム関連自己炎症症候群モデルマウスの解析 (2022)
  • Author(s): 邊見弘明
  • Organizer: 第20回 四国免疫フォーラム
• [Presentation] Dendritic cells and T cell abnormalities in a novel mouse model of COPA syndrome (2022)
  • Author(s): Takashi Kato, Asumi Yamamoto, Izumi Sasaki, Naoko Wakaki-Nishiyama, Kohei Murakami, Hiroaki Hemmi, Yoshitaka Honda, Kazushi Izawa, Ryuta Nishikomori, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: JSICR/MMCB 2022 Joint Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Activation of type I Interferon signaling in dendritic cells and T cells of the mouse model of COPA syndrome (2022)
  • Author(s): Takashi Kato, Ryota Yamasaki, Naoko Wakaki Nishiyama, Izumi Sasaki, Shiori Kaji, Kohei Murakami, Hiroaki Hemmi, Yoshitaka Honda, Kazushi Izawa, Yoshiro Otsuki, Tadashi Matsubayashi, Ryuta Nishikomori, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 日本免疫毒性学会 第29回学術年会
• [Presentation] 和歌山からの研究発信 ―自己炎症性疾患― (2022)
  • Author(s): 改正恒康, 金澤伸雄, 邊見弘明, 佐々木泉, 加藤喬, 山本明日美
  • Organizer: 第90回 和歌山医学会
• [Presentation] COPA症候群の新規モデルマウスにおけるSTINGの活性化とT細胞の異常 (2022)
  • Author(s): 加藤喬、折茂貴是、大田（福田）有里、西山奈央子、中井千尋、佐々木泉、村上康平、邊見弘明、本田吉孝、井澤和司、八角高裕、大月寛郎、松林正、西小森隆太、改正恒康
  • Organizer: 第5回日本免疫不全・自己炎症学会学術集会
• [Presentation] Impaired monocyte and dendritic cell development in mice carrying a mutation identified from the proteasome-associated autoinflammation and immunodeficiency disease patient (2021)
  • Author(s): Hiroaki Hemmi, Takashi Orimo, Naoko Nishiyama, Takashi Kato, Toshiya Ozasa, Izumi Sasaki, Hidenori Ohnishi, Noriko Kinjo, Nobuo Kanazawa, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: The 27th International Symposium on Molecular Cell Biology of Macrophages
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Augmented STING signaling in a new mouse model of COPA syndrome. The 27th International Symposium on Molecular Cell Biology of Macrophages (2021)
  • Author(s): Takashi Kato, Takashi Orimo, Yuri Fukuda-Ohta, Naoko Nishiyama, Izumi Sasaki, Hiroaki Hemmi, Yoshitaka Honda, Kazushi Izawa, Ryuta Nishikomori, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: The 27th International Symposium on Molecular Cell Biology of Macrophages
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The role of IRE1α in cholera toxin B-induced interleukine-1β production from resident peritoneal macrophages. The 27th International Symposium on Molecular Cell Biology of Macrophages (2021)
  • Author(s): Izumi Sasaki, Chihiro Nakai, Shuhei Morita, Daisuke Okuzaki, Yuri Fukuda-Ohta, Takashi Orimo, Hiroaki Hemmi, Koichi Furukawa, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: The 27th International Symposium on Molecular Cell Biology of Macrophages
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemokine-medicated delivery of cancer peptide vaccine to a dendritic cell subset with high crosspresentation activity (2021)
  • Author(s): Yuki Mizumoto, Hiroaki Hemmi, Masahiro Katsuda, Yuri Fukuda-Ohta, Takashi Orimo, Izumi Sasaki, Koji Tamada, Hiroki Yamaue, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: The 27th International Symposium on Molecular Cell Biology of Macrophages
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Interstitial Lung Disease and abnormal STING activation in COPA V242G heterozygous variant mice (2021)
  • Author(s): Takashi Kato, Takashi Orimo, Yuri Fukuda-Ohta, Naoko Wakaki-Nishiyama, Chihiro Nakai, Izumi Sasaki, Kohei Murakami, Hiroaki Hemmi, Yoshitaka Honda, Kazushi Izawa, Yoshiro Otsuki, Tadashi Matsubayashi, Ryuta Nishikomori, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 16th Meeting of the International Endotoxin and Innate Immunity Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of innate immune cells in proteasome subunit mutant mice (2021)
  • Author(s): Hiroaki Hemmi, Takashi Orimo, Izumi Sasaki, Takashi Kato, Yuri Fukuda-Ohta, Noriko Kinjo, Hidenori Ohnishi, Nobuo Kanazawa, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 16th Meeting of the International Endotoxin and Innate Immunity Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Impaired development of myeloid cells in proteasome subunit mutant mice (2021)
  • Author(s): Hiroaki Hemmi, Takashi Orimo, Izumi Sasaki, Takashi Kato, Yuri Fukuda-Ohta, Noriko Kinjo, Hidenori Ohnishi, Nobuo Kanazawa, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 第50回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Unique location in the immunoproteasome complex of a variant causing proteasome-associated autoinflammatory syndrome with immunodeficiency (2021)
  • Author(s): Nobuo Kanazawa, Hiroaki Hemmi, Noriko Kinjo, Hidenori Ohnishi, Jun Hamazaki, Hiroyuki Mishima, Akira Kinoshita, Tsunehiro Mizushima, Shigeo Murata, Koh-ichiro, Yoshiura, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 第50回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Hyperactivation of STING-induced type I interferon pathway in dendritic cells from novel mice model for an autoinflammatory disease, COPA syndrome (2021)
  • Author(s): Takashi Kato, Takashi Orimo, Yuri Fukuda-Ohta, Sasaki Izumi. Hiroaki Hemmi, Yoshitaka Honda, Kazushi Izawa, Ryuta Nishikomori, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 第50回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Sublingual dendritic cell (DC) - T cell clusters and distribution of DCs in the oral cavity (2021)
  • Author(s): Yutaka Kusumoto, Tsuneyasu Kaisho, Hiroaki Hemmi, Tomoya Katakai, Tetsuya Honda, Junichi Kikuta, Kousuke Kataoka, Taiki Moriya, Masaru Ishii, Kenji Kabashima, Michio Tomura
  • Organizer: 第50回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Hypomorphic mutation of Lig4 gene in mice predisposes to intestinal inflammation driven by CD4+ Th1 cells (2021)
  • Author(s): Yusuke Yamashita, Takashi Orimo, Takashi Kato, Yuri Fukuda-Ohta, Izumi Sasaki, Hiroaki Hemmi, Shinobu Tamura, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 第50回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] 自己炎症性疾患COPA症候群変異マウスにおけるSTINGシグナルの活性化 (2021)
  • Author(s): 加藤喬、折茂貴是、大田（福田）有里、西山奈央子、中井千尋、張江伊水、田中日向子、佐々木泉、村上康平、邊見弘明、本田吉孝、井澤和司、西小森隆太、改正恒康
  • Organizer: 第85回日本インターフェロン・サイトカイン学会学術集会
• [Presentation] Molecular mechanisms of type I interferonopathy in a novel COPA syndrome model mouse (2021)
  • Author(s): Takashi Kato, Takashi Orimo, Yuri Fukuda-Ohta, Naoko Wakaki-Nishiyama, Chihiro Nakai, Izumi Sasaki, Kohei Murakami, Hiroaki Hemmi, Yoshitaka Honda, Kazushi Izawa, Yoshiro Otsuki, Tadashi Matsubayashi, Ryuta Nishikomori, Tsuneyasu Kaisho
  • Organizer: 第28回日本免疫毒性学会学術集会
• [Presentation] 樹状細胞サブセット(XCR1+DC) への特異的送達によるがんペプチドワクチン療法 (2021)
  • Author(s): 水本有紀、勝田将裕、宮澤基樹、北畑裕司、宮本篤、中森幹人、松田健司、尾島敏康、邊見弘明、玉田耕治、改正恒康、山上裕機
  • Organizer: 第25回日本がん免疫学会総会
• [Presentation] XCR1 陽性樹状細胞分化におけるプロテアソームの役割 (2021)
  • Author(s): 西山奈央子、佐々木泉、邊見弘明、改正恒康
  • Organizer: 第25回日本がん免疫学会総会
• [Presentation] XCR1+ DC をターゲットにしたwhole-cell-vaccine の開発 (2021)
  • Author(s): 宮本篤、勝田将裕、宮澤基樹、北畑裕司、水本有紀、小林良平、尾島敏康、邊見弘明、戸村道夫、改正恒康、山上裕機
  • Organizer: 第25回日本がん免疫学会総会