リンパ球系譜のRORgt多機能性を司る脂質代謝経路の解明

• Project/Area Number: 24K02246
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49010:Pathological biochemistry-related
• Research Institution: Kazusa DNA Research Institute
• Principal Investigator: 遠藤 裕介 公益財団法人かずさDNA研究所, 先端研究開発部, 室長 (80612192)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2027: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2026: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2025: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2024: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: RORgt / 脂質代謝 / リゾリン脂質 / Th17 / ACC1

Outline of Research at the Start

本課題では脂質代謝という新たな観点から核内受容体型転写因子RORgtとリンパ球系譜に取り組み、これまでの手法では説明できなかった転写因子が有する多機能性について答えを導き出す。また、RORgtは会合する脂質種に応じて複合体を巧みに使い分けているのではないかと考え、この可能性についてタンパク質相互作用解析の新規ツールBioID（近位依存性ビオチン化）技術を用いて検証する。細胞種特異的なRORgt複合体を捉えると同時に、脂質代謝依存的な複合体を捉えることで、RORgtの多機能性における脂質の重要性について多角的な視点から解明する。

Outline of Annual Research Achievements

核内受容体型転写因子RORgtはTh17細胞のマスター転写因子であり、真菌感染防御や自己免疫疾患病態において極めて重要な役割を担う。また、RORgtはILC3やgdT細胞に発現し、様々な組織のTh17応答や免疫疾患と関わる。加えて、胸腺T細胞分化やリンパ節の形成に必要なLTi細胞などリンパ組織形成においても RORgtは必須であり、免疫システムにおける機能は多岐にわたる。こうしたリンパ球系譜における重要性にもかかわらず、RORgtが如何にして多機能性を発揮するかについては依然として不明な点が多い。このような背景の元、下記のように申請者らは脂質代謝という従来とは異なる観点から免疫システムの多様性に取り組み、以下に示す成果を見出している。
A)BMI35以上の高度肥満患者では脂肪酸合成の律速酵素であるACC1とTh17細胞に強い正の相関があることを発見 B)ACC1欠損マウス(CD4-Cre ACC1fl/fl)により病原性Th17応答の抑制及び、ACC1を標的とすることで、多発性硬化症のマウスモデルであるEAE病態の改善に成功 C)CRISPRスクリーニング法を用いて、Th17細胞を誘導する機能性脂質LPE [1-18:1]を世界で初めて同定、またこの脂質がTh17細胞のマスター転写因子であるRORgtの内因性リガンドとして作用することを解明 D)LPE[1-18:1]が低下するACC1欠損により、gdT細胞およびILC3形成・機能に障害が認められた一方で胸腺T細胞分化やリンパ節形成には大きな変化は認められなかった（未発表データ）。E) RORgtリガンド結合ドメイン点変異マウスによる脂質認識機構の解明（Miyako under review）

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

これまでの脂質代謝に基づく免疫細胞の解析によりTh17細胞分化を規定する特異的脂質LPE [1-18:1]を同定した。また、このリゾリン脂質はRORgtの機能的リガンドとして作用することを世界で初めて同定した。このような脂質同定に加えて、RORgt点変異マウスを作製することで、in vivoにおけるRORgtの脂質認識について明らかにし、現在リバイス実験中である（Miyako under review）。このマウスでは脂質認識の欠損により、生体マウス中でTh17細胞だけでなく、ILC3やgdT17が著しく減少していることを見出している。こうした知見に加えて、計画書では2025年度に予定していたRORgt AirIDマウスを用いたリンパ球系譜特異的なRORgt複合体の解析を進めている。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究状況を鑑み2025年度は以下に示す研究を推進する予定である。
1)リンパ球系譜特異なRORgtの機能解析(2025年度)
これまでに進めてきた脂質代謝にフォーカスを当てたCRISPRによる酵素欠損もしくは薬剤阻害した各リンパ球集団について、それぞれRORgt ChIP-seq解析/ATAC-seq/RNA-seqを行うことで、細胞系譜特異的かつ代謝酵素依存的なRORgtの機能を解明する。解析に必要な脂質代謝酵素の遺伝子欠損マウスについてはすでに取得済みである。
2)脂質代謝依存的なRORgtの機能解析
上記のデータと照らし合わせることで、それぞれのリンパ球系譜に特徴的な脂質代謝物についてはRORgtとの会合を評価する。中でも、会合が強く認められた脂質種については、脂質代謝酵素欠損もしくは阻害細胞に投与し、RORgt機能や遺伝子発現が回復するか再度ChIP-seq解析/ATAC-seq/RNA-seqを行うことでその重要性を解明する。

Research Products

• [Journal Article] Fatty acid metabolism constrains Th9 cell differentiation and antitumor immunity via the modulation of retinoic acid receptor signaling (2024)
  • Author(s): Nakajima Takahiro、Kanno Toshio、Ueda Yuki、Miyako Keisuke、Endo Takeru、Yoshida Souta、Yokoyama Satoru、Asou Hikari K.、Yamada Kazuko、Ikeda Kazutaka、Togashi Yosuke、Endo Yusuke
  • Journal Title: Cellular & Molecular Immunology Volume: 21 Issue: 11 Pages: 1266-1281
  • DOI: 10.1038/s41423-024-01209-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lipid metabolism: a central modulator of RORγt-mediated Th17 cell differentiation (2024)
  • Author(s): Kanno Toshio、Miyako Keisuke、Endo Yusuke
  • Journal Title: International Immunology Volume: 36 Issue: 10 Pages: 487-496
  • DOI: 10.1093/intimm/dxae031
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The integration of metabolic and proteomic data uncovers an augmentation of the sphingolipid biosynthesis pathway during T-cell differentiation (2024)
  • Author(s): Kanno Toshio、Konno Ryo、Sato Masaru、Kurabayashi Atsushi、Miyako Keisuke、Nakajima Takahiro、Yokoyama Satoru、Sasamoto Shigemi、Asou Hikari K.、Ohzeki Junichiro、Hasegawa Yoshinori、Ikeda Kazutaka、Kawashima Yusuke、Ohara Osamu、Endo Yusuke
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 7 Issue: 1 Pages: 622-622
  • DOI: 10.1038/s42003-024-06339-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Universal pretreatment development for low-input proteomics using laury maltose Neopentyl Glycerol (2024)
  • Author(s): Konno R., Ishikawa M., Nakajima D., Endo Y., Ohara O., and Kawashima Y.
  • Journal Title: Molecular & cellular proteomics Volume: 23 Issue: 4 Pages: 100745-100745
  • DOI: 10.1016/j.mcpro.2024.100745
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] IL-27 regulates the differentiation of follicular helper NKT cells via metabolic adaptation of mitochondria (2024)
  • Author(s): Kamii Yasuhiro、Hayashizaki Koji、Kanno Toshio、Chiba Akio、Ikegami Taku、Saito Mitsuru、Akeda Yukihiro、Ohteki Toshiaki、Kubo Masato、Yoshida Kiyotsugu、Kawakami Kazuyoshi、Oishi Kazunori、Araya Jun、Kuwano Kazuyoshi、Kronenberg Mitchell、Endo Yusuke、Kinjo Yuki
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 121 Issue: 9
  • DOI: 10.1073/pnas.2313964121
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ACC1-mediated fatty acid biosynthesis intrinsically controls thymic iNKT cell development (2023)
  • Author(s): Kanno Toshio、Miyako Keisuke、Endo Takeru、Yokoyama Satoru、Asou Hikari K、Yamada Kazuko、Ohara Osamu、Nakayama Toshinori、Kimura Motoko Y、Endo Yusuke
  • Journal Title: International Immunology Volume: 36 Issue: 3 Pages: 129-139
  • DOI: 10.1093/intimm/dxad049
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 脂肪酸代謝-免疫システムを標的とした抗腫瘍戦略の構築 (2025)
  • Author(s): 遠藤裕介
  • Organizer: CBLNがん領域セミナー
  • Invited
• [Presentation] The novel function of lipid synthetic flux on RORgt-mediated Th17 cell pathogenicity (2024)
  • Author(s): Yusuke Endo
  • Organizer: 53rd JSI meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 脂質代謝によるロバストな適応免疫応答の制御 (2024)
  • Author(s): 遠藤裕介
  • Organizer: 第48回日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] The novel function of lipid synthetic flux on Th17 cell differentiation and pathogenicity (2024)
  • Author(s): Yusuke Endo
  • Organizer: 97th JBS Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 脂質代謝によるTh17疾患の病態制御 (2024)
  • Author(s): 遠藤裕介
  • Organizer: 第52回臨床免疫学会
  • Invited
• [Presentation] 病原性Th2細胞による気管支喘息の病態制御と新たな治療可能性 (2024)
  • Author(s): 遠藤裕介
  • Organizer: 第117回膠原病研究会
  • Invited
• [Presentation] The novel function of lipid synthetic flux on Th17 cell differentiation and pathogenicity (2024)
  • Author(s): Yusuke Endo
  • Organizer: 52th JSI meeting
  • Int'l Joint Research / Invited