A novel toxic effect of superantigen to memory T cells specific for vaccine immunity against Staphylococcus aureus

• Project/Area Number: 21K07000
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49050:Bacteriology-related
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 成田 浩司 弘前大学, 医学研究科, 助教 (30419220)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中根 明夫 弘前医療福祉大学, 保健学部, 教授 (30164239) ; 浅野 クリスナ 弘前大学, 医学研究科, 教授 (70598622)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 黄色ブドウ球菌 / 獲得免疫 / サイトカイン / IL-10 / スーパー抗原 / TSST-1 / ワクチン / Clumping factor A / メモリーT細胞

Outline of Research at the Start

Th17細胞はサイトカインの1種であるIL-17を産生し細菌感染防御に重要な役割を果たすT細胞である。一方、黄色ブドウ球菌が産生するスーパー抗原はT細胞の補助受容体と結合しT細胞のサイトカイン産生能をかく乱することが知られている。本研究ではスーパー抗原が黄色ブドウ球菌ワクチンで誘導されたTh17細胞の補助受容体と結合し、IL-17産生能をかく乱する新たな毒素活性を有することをマウスを用いて明らかにする。さらにワクチン接種したマウスに黄色ブドウ球菌スーパー抗原産生株、非産生株を感染させスーパー抗原がワクチンの効果与える影響とその機序を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

メチシリン耐性黄色ブドウ球菌は多剤耐性を示すことから、抗生剤によらない新たな感染防御対策の確立が待たれている。そこで、黄色ブドウ球菌ワクチンの開発が進められているが、いまだに有効なワクチンは登場していない。
令和5年度は黄色ブドウ球菌弱毒株による生菌ワクチンについて検討した。黄色ブドウ球菌の弱毒株S. aureus RN4220株（RN4220）またはRN4220株にToxic shock syndrome toxin-1(TSST-1)遺伝子を導入し、TSST-1を過剰発現するRN4220/tst株をマウスに接種して獲得免疫を誘導し、その12週間後に同株を再感染させ防御効果を検討したところ、RN4220株、RN4220/tstいずれの場合も、ワクチン未接種の対象群と比べ生存率、臓器中の生菌数に差はなく、感染防御効果は見られなかった。そこでRN4220株またはRN4220/tst株を接種し、その12週間後に致死量のTSST-1産生臨床分離株S. aureus 834株を感染させ感染防御効果を調べたところ、RN4220株、RN4220/tstのいずれを接種した場合でも、対象群と比べ生存率の低下、臓器中の生菌数の増加が見られ、RN4220株生菌ワクチンはTSST-1の存在に関係なく黄色ブドウ球菌再感染を悪化させることが示唆された。次に、この現象のメカニズムを調べるために、生菌ワクチン接種の12週間後にS. aureus 834株を感染させ、脾臓のサイトカインｍRNA発現を調べたところIL-17やIFN-γなどの炎症性サイトカインの産生の増加は見られなかったが、抑制性サイトカインIL-10のｍRNAの発現が亢進しており、再感染の悪化にはIL-10が関与する結果が得られた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初は黄色ブドウ球菌の接着因子であるClumping factor A（ClfA)によるコンポーネントワクチンの感染防御効果にToxic shock syndrome toxin-1（TSST-1）がどのような影響を与えるのかを調べるために、ワクチン接種後、S. aureus RN4220株（RN4220）またはRN4220株のTSST-1過剰発現株であるRN4220/tst株を感染させ、そのワクチン効果を検討する予定であったが、ワクチン効果は見られなかった。文献を検索したところRN4220株は正常なClfAを欠損していることが判明した。そこで方針を変更しRN4220株またはRN4220/tstを生菌ワクチンとして接種してTSST-1存在下、非存在下で獲得免疫を誘導、その後強毒株S. aureus 834株を感染させ、生菌ワクチン効果を検討することとした。このように当初の研究計画の変更が必要になったことが、進捗状況がやや遅れている理由である。

Strategy for Future Research Activity

RN4220株、RN4220/tst株による生菌ワクチンが黄色ブドウ球菌再感染を悪化させるメカニズムにIL-10が関与する結果が得られているが、今後はPD-1やPD－L1、CTLA4などの免疫抑制に関わる分子のｍRNA発現を検討する。さらにIL-10の産生細胞を特定するため細胞内サイトカイン染色を行いフローサイトメトリーを行う予定である。

Research Products

• [Journal Article] Heat Shock Protein SSA1 Enriched in Hypoxic Secretome of Candida albicans Exerts an Immunomodulatory Effect via Regulating Macrophage Function (2024)
  • Author(s): Teng Wei、Subsomwong Phawinee、Narita Kouji、Nakane Akio、Asano Krisana
  • Journal Title: Cells Volume: 13 Issue: 2 Pages: 127-127
  • DOI: 10.3390/cells13020127
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Extracellular vesicles of Pseudomonas aeruginosa downregulate pyruvate fermentation enzymes and inhibit the initial growth of Staphylococcus aureus (2023)
  • Author(s): Ishiai Takahito、Subsomwong Phawinee、Narita Kouj、Kawai Noriaki、Teng Wei、Suzuki Sachio、Sukchawalit Rojana、Nakane Akio、Asano Krisana
  • Journal Title: Current Research in Microbial Sciences Volume: 4 Pages: 100190-100190
  • DOI: 10.1016/j.crmicr.2023.100190
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The new 222‐nm far ultraviolet‐C lowers bacterial contamination to endoscopists during esophagogastroduodenoscopy (2023)
  • Author(s): Fukutoku, Y., Kikuchi, H., Hoshi, K., Narita, K., Asari, T., Miyazawa, K., Sawada, Y., Hayamizu, S., Tatsuta, T., Oota, S., Hasui, K., Hiraga, H., Chinda, D., Mikami, T., Subsomwong, P., Asano, K., Yamane, K., Ogawa, Y., Sasaki, M., Koi, T., … Sakuraba, H.
  • Journal Title: DEN Open Volume: 4 Issue: 1
  • DOI: 10.1002/deo2.292
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Differential proteomic analysis and pathogenic effects of outer membrane vesicles derived from Acinetobacter baumannii under normoxia and hypoxia (2023)
  • Author(s): Suzuki S, Subsomwong P, Narita K, Kawai N, Ishiai T, Teng W, Sukchawalit R, Nakane A, Tasaka S, Asano K.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 18(3) Issue: 3 Pages: e0283109-e0283109
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0283109
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bacterial exposure risk to the endoscopist's face while performing endoscopy (2023)
  • Author(s): Hoshi K, Kikuchi H, Narita K, Fukutoku Y, Asari T, Miyazawa K, Murai Y, Sawada Y, Tatsuta T, Hasui K, Hiraga H, Chinda D, Mikami T, Subsomwong P, Asano K, Nakane A, Fukuda S, Sakuraba H
  • Journal Title: DEN Open Volume: 3(1) Issue: 1
  • DOI: 10.1002/deo2.209
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of ultraviolet C emitted from KrCl excimer lamp with or without bandpass filter to mouse epidermis (2022)
  • Author(s): Narita K, Asano K, Yamane K, Ohashi H, Igarashi T, Nakane A.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 17(5) Issue: 5 Pages: e0267957-e0267957
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0267957
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Extracellular vesicles from methicillin resistant Staphylococcus aureus stimulate proinflammatory cytokine production and trigger IgE-mediated hypersensitivity (2021)
  • Author(s): Asano K, Hirose S, Narita K, Subsomwong P, Kawai N, Sukchawalit R, Nakane A.
  • Journal Title: Emerg Microbes Infect Volume: 10 Issue: 1 Pages: 2000-2009
  • DOI: 10.1080/22221751.2021.1991239
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] The necessity of a standardized evaluation method for Far UV-C under the usage environment (2023)
  • Author(s): Toru Koi, Kouji Narita, Kyosuke Yamane, Hiroyuki Ohashi, Hideyuki Masuda, Krisana Asano, Akio Nakane
  • Organizer: First International Congress on Far-UVC Science & Technology (ICFUST)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of disinfection method suitable for Far UV-C (2023)
  • Author(s): Kyosuke Yamane, Kouji Narita, Hiroyuki Ohashi, Toru Koi, Hideyuki Masuda, Krisana Asano, Akio Nakane
  • Organizer: First International Congress on Far-UVC Science & Technology (ICFUST)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Photo-repair in Escherichia coli after inactivation by irradiation with 222 nm -UVC (2023)
  • Author(s): Kouji Narita, Krisana Asano, Risako Fukushi, Kyosuke Yamane, Yoshihiko Okumura, Hiroyuki Ohashi, Tatsushi Igarashi, Akio Nakane
  • Organizer: 第96回日本細菌学会総会
• [Presentation] Bandpass filter reduces harmful effect of UVC emitted from KrCl excimer lamp to mouse keratinocyte (2022)
  • Author(s): Kouji Narita, Krisana Asano, Kyosuke Yamane, Hiroyuki Ohashi, Tatsushi Igarashi, Akio Nakane
  • Organizer: 第69回日本実験動物学会総会
• [Presentation] MRSA、セレウスの付着した布に対する紫外線 222nm 照射の殺菌効果 (2022)
  • Author(s): 福士理沙子、山内真紀子、 高瀬園子、 木村綾子、 三浦美環、 齋藤真澄、 成田浩司、 浅野クリスナ、 中根明夫
  • Organizer: 第95回日本細菌学会総会
• [Presentation] Role of extracellular vesicles from Staphylococcus aureus on pathogenicity of Pseudomonas aeruginosa (2022)
  • Author(s): Phawinee Subsomwong, Kouji Narita, Noriaki Kawai, Akio nakane, Krisana asano
  • Organizer: 第95回日本細菌学会総会
• [Presentation] Bactericidal effect of 222 nm-UVC light on fabrics contaminated with Staphylococcus aureus and Bacillus cereus (2021)
  • Author(s): Risako Fukushi, Makiko Yamauchi, Sonoko Takase, Ryoko Kimura, Miwa Miura, Masumi Saito, Kouji Narita, Krisana Asano, Akio Nakane
  • Organizer: 24th East Asian Forum of Nursing Scholars
  • Int'l Joint Research