Elucidation of response zones for nucleic acid-sensing Toll-like receptors

• Project Area: Toward an integrative understanding of functional zones in organelles
• Project/Area Number: 18H04856
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 齋藤 伸一郎 東京大学, 医科学研究所, 准教授 (90361625)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2018: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: Toll-like Receptor / Rab7a / 樹状細胞 / TLR7 / TLR3 / 電子顕微鏡 / 2型自己免疫性肝炎 / 原発性胆汁性胆管炎 / ライソソーム / 核酸認識Toll-like receptor / 低分子量G蛋白質 / 全身性エリトマトーデス / エンドソーム / Arl8b / 核酸認識Toll-like Receptor / インターフェロン / 炎症性サイトカイン

Outline of Annual Research Achievements

我々はエンドソーム・ライソソームが低分子量G蛋白質により異なるゾーンを形成していることを観察してきた。Arl8bが存在しTLR7の活性化に関与するライソソームゾーンは、インフルエンザの感染に応答し1型インターフェロンの産生に関わり、全身性エリテマトーデスの発症にも関与することを我々は解明した。更に主要組織適合性抗原（MHC）Class IIが存在し、MHC class IIを介した抗原提示にArl8bゾーンが関与することが明らかになった。Arl8bのゾーンとは異なりRab7aが存在する小胞ゾーンにはTLR3が存在し、単純ヘルペスウイルス1型に応答する為の機能を持っていることを解明した。そのRab7aゾーンは免疫反応にどのような役割を果たしているかを明らかにするために樹状細胞特異的にRab7aを欠損させた。すると2型自己免疫性肝炎と原発性胆汁性胆管炎を発症してマウスは死亡した。Rab7aを欠損した樹状細胞のMHC class Iは、エンドサイトーシスされてライソソームに移行する過程が停滞することで、MHC class Iの分解が遅れ、細胞表面上のMHC class Iの発現が増強する。そしてそのことによりCD8T細胞へのクロスプレゼンテーションが亢進することが解明された。更に電子顕微鏡による解析から粗面小胞体の顕著な減少とマイトファジーも観察されている。樹状細胞に蛍光色素をラベルした抗原を投与すると、抗原が存在する小胞の周りを囲むライソソームが観察されている。その後、抗原が存在する小胞はMHC class Iが存在する小胞を包み込み最終的には1つの小胞になるように観察された。この結果に関する論文は一度投稿したが、今まで知られていなかったクロスプレゼンテーションの機構がもう少しで解明される可能性があり、そのデータを入れて論文を再投稿する予定である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The impact of cell maturation and tissue microenvironments on the expression of endosomal Toll-like receptors in monocytes and macrophages (2020)
  • Author(s): Sato R, Reuter T, Hiranuma R, Shibata T, Fukui R, Motoi Y, Murakami Y, Tsukamoto H, Yamazaki S, Liu K, Saitoh SI, Latz E, Miyake K.
  • Journal Title: Int Immunol Volume: 32 Issue: 12 Pages: 785-798
  • DOI: 10.1093/intimm/dxaa055
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cytidine deaminase enables Toll-like receptor 8 activation by cytidine or its analogs. (2019)
  • Author(s): Furusho K, Shibata T, Sato R, Fukui R, Motoi Y, Zhang Y, Saitoh SI, Ichinohe T, Moriyama M, Nakamura S, Miyake, K.
  • Journal Title: International immunology. Volume: 31 Issue: 3 Pages: 167-173
  • DOI: 10.1093/intimm/dxy075
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Epithelial membrane protein 3 (Emp3) downregulates induction and function of cytotoxic T lymphocytes by macrophages via TNF-α production (2018)
  • Author(s): Kusumoto Yutaka、Okuyama Hiromi、Shibata Takuma、Konno Kazunori、Takemoto Yusuke、Maekawa Daisuke、Kononaga Tomoyuki、Ishii Takashi、Akashi-Takamura Sachiko、Saitoh Shin-ichiroh、Ikebuchi Ryoyo、Moriya Taiki、Ueda Mizuki、Miyake Kensuke、Ono Shiro、Tomura Michio
  • Journal Title: Cellular Immunology Volume: 324 Pages: 33-41
  • DOI: 10.1016/j.cellimm.2017.12.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mechanisms controlling nucleic acid-sensing Toll-like receptors (2018)
  • Author(s): Miyake Kensuke、Shibata Takuma、Ohto Umeharu、Shimizu Toshiyuki、Saitoh Shin-Ichiroh、Fukui Ryutaro、Murakami Yusuke
  • Journal Title: International Immunology Volume: 30 Issue: 2 Pages: 43-51
  • DOI: 10.1093/intimm/dxy016
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Combating herpesvirus encephalitis by potentiating a TLR3-mTORC2 axis. (2018)
  • Author(s): Sato R, Kato A, Chimura T, Saitoh SI, Shibata T, Murakami Y, Fukui R, Liu K, Zhang Y, Arii J, Sun-Wada GH, Wada Y, Ikenoue T, Barber GN, Manabe T, Kawaguchi Y, Miyake K.
  • Journal Title: Nat Immunol. Volume: 19 Issue: 10 Pages: 1071-1082
  • DOI: 10.1038/s41590-018-0203-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] TLR3とTLR7はそれぞれ異なる小胞にて異なる低分子量G蛋白質により制御を受けている (2018)
  • Author(s): 齋藤 伸一郎
  • Organizer: 第23回日本エンドトキシン・自然免疫研究会
• [Presentation] Cd11c-Cre+ Rab7aflox/flox mice develop autoimmune hepatitis (2018)
  • Author(s): Shin-Ichiroh Saitoh, Yoshiko Mori Saitoh, and Kensuke Miyake
  • Organizer: 第47回日本免疫学会学術集会
• [Book] Advanced in Nucleic Acid Therapeutics. (2019)
  • Author(s): Saitoh S and Miyake K.
  • Publisher: Springer
• [Book] 医学のあゆみ, 自然免疫の最前線, (2018)
  • Author(s): 齋藤 伸一郎
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社
• [Remarks] 東京大学医科学研究所 感染遺伝学分野
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/kanseniden/
• [Remarks] 東京大学医科学研究所 アニュアルレポート
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/publication/annualreport/list.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/publication/annualreport/