Development of immune regulation for emerging and re-emerging infectious diseases by human T cell cross-reactivity

• Project/Area Number: 23K24139
• Project/Area Number (Other): 22H02877 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49060:Virology-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 本園 千尋 熊本大学, ヒトレトロウイルス学共同研究センター, 准教授 (10642910)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2024: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2022: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
• Keywords: T細胞 / 抗原認識 / SARS-CoV-2 / 交差反応性 / T細胞受容体 / ワクチン / 免疫逃避

Outline of Research at the Start

今年度は、配列が保存されているT細胞エピトープに対するT細胞応答の解析に加えて、In vitro priming法を用いて変異株に対して認識可能なT細胞サブセットの同定を行う。これにより、T細胞の変異株に対するT細胞受容体の交差反応性を明らかにする。さらに、HLAトランスジェニックマウスを用いて、野生型ならびに改変型ペプチドでペプチド免疫し、それらの抗原ペプチドに応答するT細胞の交差反応性ならびに抗ウイルス機能について解明する。

Outline of Annual Research Achievements

ヒトT細胞は、多様なT細胞受容体レパートリー、ならびに、広範な交差反応性を兼ね備えていながら、どうしてウイルスに逃避を許してしまうのか、ヒトT細胞の交差反応性とウイルスによる免疫逃避機構は依然として不明な点が多い。そこで、本研究では、ヒトT細胞に備わっている交差反応性を明らかにする一環として、ウイルス変異に対する交差反応性に関わる分子認識機構と優れた抗ウイルス機能との関連を明らかにする。これにより、ヒトT細胞のウイルス変異認識予測法やヒトT細胞の交差反応性をベースとした新興・再興感染症における制御法の開発に向けた 分子基盤の創成を目指す。今年度は、昨年度明らかにした免疫原性が高い抗原で、且つ、複数のSARS-CoV-2変異株由来の変異を有している抗原ペプチドに特異的なT細胞受容体(TCR)のレパートリーについて調べた。その結果、複数のワクチン接種者ならびに感染回復者で可変領域が良く似たTCRクロノタイプが選択されていることが分かった。それらに着目し、可溶型TCRを作成して、ペプチド/HLA複合体に対する結合能を調べたところ、野生型抗原について高い結合能を示したが、変異を含む抗原に対する結合能は顕著に低かった。さらにTCR-ペプチド/HLA複合体の結晶構造を得ることに成功し、共通していたTCRの可変領域がHLA上のペプチドとの結合に重要な役割を果たしていることが構造的な側面から明らかになった。さらにCombinatorial peptide libraryを用いたT細胞の交差反応性プロファイルについても解析を行い、それらの抗原特異的T細胞は、変異が生じた箇所のアミノ酸に対して認識能がもともと低いことが明らかになった。以上より、SARS-CoV-2 spike変異のT細胞応答からの逃避機序について分子レベルで明らかにすることが出来た。

Current Status of Research Progress

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

Reason

免疫原性の高い抗原に着目し、TCRのレパートリーの解析によって、複数のドナーで共通して認められるTCRを同定した。さらにそれらのTCR-ペプチド/HLA複合体の結晶構造解析ならびにペプチドライブラリーを用いたT細胞の交差反応性解析によって、T細胞の変異に対する分子認識機構を明らかすることが出来た。

Strategy for Future Research Activity

変異性の高い抗原ならびに変異株間で配列が保存された抗原に対するT細胞応答に着目し、In vitroにおけるヒトT細胞の抗原変異に対する認識能評価/ウイルス感染細胞に対する抗ウイルス活性評価、ならびにHLAトランスジェニックマウスを用いたIn vivoにおける機能的ヒトT細胞の誘導とウイルス感染後の病態との相関について解析を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Cardiff University(英国)
• [Int'l Joint Research] La Trobe University(オーストラリア)
• [Journal Article] HIV-Tocky system to visualize proviral expression dynamics (2024)
  • Author(s): O, Reda., K, Monde., K, Sugata., A, Rahman., W, Sakhor., SA, Rajib., SN, Sithi., BJY, Tan., K, Niimura., C, Motozono., K, Maeda., M, Ono., H, Takeuchi and Y, Satou. 4.巻 7
  • Journal Title: Communications biology Volume: 7 Issue: 1 Pages: 334-350
  • DOI: 10.1038/s42003-024-06025-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CD8+ T-cell memory induced by successive SARS-CoV-2 mRNA vaccinations is characterized by shifts in clonal dominance (2024)
  • Author(s): H, Aoki., M, Kitabatake., H, Abe., P, Xu., M, Tsunoda., S, Shichino., A, Hara., N, Ouji- Sageshima., C, Motozono., T, Ito., K, Matsushima., and S, Ueha
  • Journal Title: Cell reports Volume: 43 Issue: 3 Pages: 113887-113902
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2024.113887
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Association of Clostridium butyricum Therapy Using the Live Bacterial Product CBM588 with the Survival of Patients with Lung Cancer Receiving Chemoimmunotherapy Combinations (2023)
  • Author(s): Tomiya Y, Sakata S, Imamura K, Iyama S, Jodai T, et al.
  • Journal Title: Cancers Volume: 16 Issue: 1 Pages: 47-47
  • DOI: 10.3390/cancers16010047
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evaluation of Neutralizing Activity against Omicron Subvariants in BA.5 Breakthrough Infection and Three-Dose Vaccination Using a Novel Chemiluminescence-Based, Virus-Mediated Cytopathic Assay (2023)
  • Author(s): Toyoda Mako、Tan Toong Seng、Motozono Chihiro、Barabona Godfrey、Yonekawa Akiko、Shimono Nobuyuki、Minami Rumi、Nagasaki Yoji、Miyashita Yusuke、Oshiumi Hiroyuki、Nakamura Kimitoshi、Matsushita Shuzo、Kuwata Takeo、Ueno Takamasa
  • Journal Title: Microbiology Spectrum Volume: 11 Issue: 4 Pages: 00660-23
  • DOI: 10.1128/spectrum.00660-23
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Symbiotic bacteria-dependent expansion of MR1-reactive T cells causes autoimmunity in the absence of Bcl11b (2022)
  • Author(s): Shibata Kensuke、Motozono Chihiro、Nagae Masamichi、Shimizu Takashi、Ishikawa Eri、Motooka Daisuke、Okuzaki Daisuke、Izumi Yoshihiro、Takahashi Masatomo、Fujimori Nao、Wing James B.、Hayano Takahide、Asai Yoshiyuki、Bamba Takeshi、Ogawa Yoshihiro、Furutani-Seiki Makoto、Shirai Mutsunori、Yamasaki Sho
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 6948-6948
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34802-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dissecting Naturally Arising Amino Acid Substitutions at Position L452 of SARS-CoV-2 Spike (2022)
  • Author(s): Tan Toong Seng、Toyoda Mako、Ode Hirotaka、Barabona Godfrey、Hamana Hiroshi、Kitamatsu Mizuki、Kishi Hiroyuki、Motozono Chihiro、Iwatani Yasumasa、Ueno Takamasa
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 96 Issue: 20
  • DOI: 10.1128/jvi.01162-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The SARS-CoV-2 Omicron BA.1 spike G446S mutation potentiates antiviral T-cell recognition (2022)
  • Author(s): Motozono C, Toyoda M, Tan TS, Hamana H, Goto Y, Aritsu Y, Miyashita Y, Oshiumi H, Nakamura K, Okada S, Udaka K, Kitamatsu M, Kishi H, Ueno T
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 13 Issue: 1 Pages: 5440-5440
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33068-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 新型コロナウイルス変異株に対するT細胞の抗原認識機構 (2024)
  • Author(s): 本園千尋
  • Organizer: 集え、多分野研究者!」感染症キャンプ in 宮崎
  • Invited
• [Presentation] The SARS-CoV-2 Omicron BA.1 spike G446S potentiates antiviral T cell immunity (2024)
  • Author(s): C, Motozono., A, Wall., M, Toyoda., H, Hamana., K, Udaka., PJ, Rizkallah., H, Kishi., AK. Sewell., T, Ueno.
  • Organizer: 第52回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Mechanism of widespread SARS-CoV-2 spike escape from HLA-A*24:02 restricted T cell receptors (2023)
  • Author(s): Chihiro Motozono
  • Organizer: Oxford-Kumamoto Universities Joint Annual Symposium 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The SARS-CoV-2 Omicron BA.1 spike G446S potentiates antiviral T cell immunity (2022)
  • Author(s): Motozono C, Toyoda M, Hamana H, Udaka K, Kishi H, Ueno T
  • Organizer: 第51回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] 新型コロナウイルスOmicron BA.1株のG446S変異はT細胞の抗ウイルス活性を増強する (2022)
  • Author(s): 本園千尋、豊田真子、Toong Seng Tan、浜名洋、後藤由比古、仲摩健、山本紫穂、有津良樹、北松瑞生、宇高恵子、岸裕幸、上野貴将
  • Organizer: 第36回日本エイズ学会学術集会
• [Presentation] 新型コロナウイルスOmicron BA.1株のG446S変異はT細胞の抗ウイルス活性を増強する (2022)
  • Author(s): 本園千尋、豊田真子、Toong Seng Tan、浜名洋、後藤由比古、仲摩健、有津良樹、北松瑞生、宇高恵子、岸裕幸、上野貴将
  • Organizer: 第69回日本ウイルス学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The SARS-CoV-2 Omicron BA.1 spike G446S mutation potentiates antiviral T cell recognition (2022)
  • Author(s): Motozono, C., Toyoda M., Tan TS., Hamana H., Goto Y., Nakama T., Yamamoto S., Aritsu Y., Udaka K., Kitamatsu M., Kishi H., Ueno, T
  • Organizer: 23rd Kumamoto AIDS seminar
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SARS-CoV-2 Omicron BA.1 spike G446S potentiates HLA-A*24:02-restricted T cell immunity (2022)
  • Author(s): Motozono, C., Toyoda M., Tan TS., Hamana H., Goto Y., Nakama T., Aritsu Y., Udaka K., Kitamatsu M., Kishi H., Ueno, T.
  • Organizer: Keystone symposia (Respiratory Viruses and Viral Immunity)
  • Int'l Joint Research
• [Book] 新型コロナウイルスの細胞性免疫からの逃避の可能性 (2022)
  • Author(s): 本園千尋、上野貴将
  • Total Pages: 51
  • Publisher: 日本エイズ学会誌
• [Remarks] 熊本大学ヒトレトロウイルス学共同研究センター感染免疫学分野
  • URL: https://caids-kumamoto-u.wixsite.com/ueno-lab
• [Remarks] 熊本大学ヒトレトロウイルス学共同研究センター感染予防部門 感染免疫学分野
  • URL: https://caids-kumamoto-u.wixsite.com/ueno-lab
• [Patent(Industrial Property Rights)] ヌクレオカプシド由来抗原ペプチド、核酸、ベクター、医薬組成物、HLA/ 抗原ペプチド複合体、およびT細胞の検出方法 (2022)
  • Inventor(s): 本園千尋、上野貴将、後藤由比古、岸裕幸、浜名洋
  • Industrial Property Rights Holder: 本園千尋、上野貴将、後藤由比古、岸裕幸、浜名洋
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2022-166518
  • Filing Date: 2022