Investigation of the role of a novel molecule ZAIP in the regulation of anti-inflammation and inflammatory diseases

• Project/Area Number: 23K27392
• Project/Area Number (Other): 23H02701 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49030:Experimental pathology-related
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 河合 太郎 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (50456935)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2026: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2025: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 自然免疫 / 炎症 / サイトカイン / マクロファージ / シグナル伝達 / エピジェネティクス

Outline of Research at the Start

TLRsやRLRsに代表される自然免疫受容体はウイルスや細菌の構成成分を認識し、炎症性サイトカインやI型インターフェロン、ケモカイン等の産生を誘導することで生体防御に貢献する。一方、その破綻は急性・慢性炎症を誘導し、様々な炎症性疾患や自己免疫疾患を引き起こすことが知られており、自然免疫受容体を介する応答は多段階に制御されている。本研究では、自然免疫受容体を起点とした炎症制御機構ならびにその破綻により生じる炎症性疾患発症機序について、研究代表者が新規に同定したZAIPのもつ炎症抑制機能ならびにノックアウトマウスを用いた炎症性疾患における役割を中心に、新たな炎症制御機構を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

我々は、CRISPR/Cas9システムを用いたノックアウトスクリーニングにより、炎症性サイトカインの一つIL-6の発現抑制に関わると考えられる新規因子としてZAIPを見出した。ZAIPは約130kDaのタンパク質であり、ZFドメイン以外に既知の機能ドメインとの相同性は示さず、その機能については不明である。ZAIP欠損マクロファージを樹立し、解析を行ったところ、野生型細胞と比較してLPS刺激に対し100倍以上ものIL-6発現が認められた。細胞内局在を調べたところ、LPS刺激に応じて核内に集積したことから、LPSによる炎症応答制御に関わる可能性が示唆された。さらに、ZAIP欠損細胞ではヒストンH3K4モノメチル化（H3K4me1）が亢進しており、ZAIPはヒストン修飾を介してLPS誘導性遺伝子の発現制御を行っていることが示唆された。また、ZAIPに結合タンパク質の同定を行ったところ、ヒストンメチル化酵素複合体であるCOMPASS複合体の構成因子を得た。したがって、ZAIPはエンハンサー領域のヒストン修飾制御を行うことでIL-6等の炎症関連遺伝子の発現制御を行う炎症抑制のマスター因子である可能性が考えられた。今年度、LysM-Creマウスを用いて、マクロファージ・好中球特異的にZAIPを欠損するコンディショナルノックアウト（cKO）マウスを樹立し、解析を開始した。ZAIP cKOマウスでは野生型と比してLPS投与後のIL-6増加を認め、敗血症により早期に死亡した。また、コラーゲン誘導型の関節リウマチモデルを用いて解析した結果、ZAIP cKOでは顕著な関節の腫脹を認めた。これらのことから、生体内においてもZAIPが炎症抑制に働いていることが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

マクロファージ特異的にZAIPを欠損するコンディショナルマウスの樹立に成功し、その表現型についての解析を開始した。その結果、ZAIP欠損マウスにおいて炎症の亢進を認める知見を得ることができた。また、ZAIP欠損細胞において発現が顕著に誘導される遺伝子についてもRNA-seqを用いて網羅的に解析を行い、ZAIPにより制御される遺伝子群をリスト化することができた。

Strategy for Future Research Activity

ZAIPが制御するゲノム領域をChip-seqにより特定し、標的となる炎症関連遺伝子の特定を目指す。また、マクロファージ特異的にZAIPを欠損するマウスを用いて、敗血症、乾癬、関節リウマチ、多発性硬化症、潰瘍性大腸炎等の疾患に対する感受性の検討を行う。また、ZAIPをＴ細胞やＢ細胞で欠損するマウスの作成も行う。

Research Products

• [Journal Article] Identification and characterization of putative enhancer regions that direct Il6 transcription in murine macrophages (2024)
  • Author(s): Norisuke Kano, Takeo Miki, Yurina Uehara, Daisuke Ori, Taro Kawai
  • Journal Title: International Immunology Volume: - Issue: 9 Pages: 471-481
  • DOI: 10.1093/intimm/dxae024
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Decoding Toll-like receptors: Recent insights and perspectives in innate immunity (2024)
  • Author(s): Taro Kawai, Moe Ikegawa, Daisuke Ori, Shizuo Akira
  • Journal Title: Immunity Volume: 57 Issue: 4 Pages: 649-673
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2024.03.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Secretion of mitochondrial DNA via exosomes promotes inflammation in Behcet's syndrome (2023)
  • Author(s): Konaka Hachiro、Kato Yasuhiro、Hirano Toru、et al.
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 42 Issue: 20
  • DOI: 10.15252/embj.2022112573
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 肺胞マクロファージによる細胞性免疫の制御 (2024)
  • Author(s): 河合太郎
  • Organizer: 第2回近未来ワクチンフォーラム
  • Invited
• [Presentation] Exploring circular RNAs involved in inflammatory responses (2024)
  • Author(s): Shuya Hiroki, Daisuke Ori, Taro Kawai
  • Organizer: The 52th Annual Meeting of The Japanese Society for Immunology
• [Presentation] Identification and characterization of putative enhancer regions that direct Il6 transcription in murine macrophages (2024)
  • Author(s): Norisuke Kano, Takeo Miki, Yurina Uehara, Daisuke Ori, Taro Kawai
  • Organizer: The 52th Annual Meeting of The Japanese Society for Immunology
• [Presentation] The 52th Annual Meeting of The Japanese Society for Immunology (2024)
  • Author(s): Eri Nagai, Takumi Kawasaki, Daisuke Ori, Taro Kawai
  • Organizer: The 52th Annual Meeting of The Japanese Society for Immunology
• [Presentation] Comprehensive analysis of circular RNAs involved in inflammatory responses (2023)
  • Author(s): Shuya Hiroki, Daisuke Ori, Taro Kawai
  • Organizer: 第24回日本RNA学会年会
• [Presentation] イミキモド誘導性乾癬様皮膚炎の病態形成における小胞体ストレス応答およびミトコンドリアDNAの関与 (2023)
  • Author(s): 織大祐, 奥出遥奈, 小西莉子, 村瀬本弥, 川﨑拓実, 石井健, 中島欽一, 山本雅裕, 河野憲二, 河合太郎
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] Characterization of circular RNAs in the regulation of inflammatory responses (2023)
  • Author(s): Shuya Hiroki, Daisuke Ori, Taro Kawai
  • Organizer: The Now and Future of RNA Therapeutics, AWAJI, JAPAN
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification and functional analysis of nucleic acid-binding proteins (NBPs) involved in innate immune response (2023)
  • Author(s): Kengo Sawamura, Daisuke Ori, Taro Kawai
  • Organizer: JSICR/MMCB 2023 Joint Symposium
• [Presentation] The unfolded protein response and pyroptotic mitochondrial DNA release orchestrate to exacerbate imiquimod-induced psoriasis-like dermatitis (2023)
  • Author(s): Daisuke Ori, Haruna Okude, Riko Konishi, Motoya Murase, Takumi Kawasaki, Ken J Ishii, Hideyuki Nakashima, Kinichi Nakashima, Miwa Sasai, Masahiro Yamamoto, Akio Tsuru, Kenji Kohno, Taro Kawai
  • Organizer: JSICR/MMCB 2023 Joint Symposium
• [Book] 生化学 (2023)
  • Author(s): 自然免疫を介した病原体認識と獲得免疫の誘導
  • Total Pages: 12
  • Publisher: 日本生化学会