Inflammation cellular society in pulmonary fibrosis

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Preventive medicine through inflammation cellular sociology
• Project/Area Number: 17H06392
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松島 綱治 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (50222427)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 真一 金沢大学, 医薬保健学総合研究科, 特任教授 (00313099) ; 上羽 悟史 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (00447385)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Keywords: 免疫学 / 遺伝子 / 病理学 / モデル化 / 情報工学

Outline of Annual Research Achievements

本計画研究は、新規包括的single-cell transcriptome解析法Nx1-Seqを用い、肺線維化組織における細胞相互作用ネットワーク、そのモデル化によるネットワーク動態と動作原理の解明、及びモデルに基づく肺線維症新規予防・治療戦略の策定を目的としている。今年度は、薬剤誘導性の肺胞上皮傷害を起点として急性炎症後に一過性の線維化が進行するブレオマイシン誘導肺線維症モデルを用いて、正常、炎症早期、炎症終期（線維化期）と炎症細胞社会が変遷する過程の細胞間・分子間相互作用を解析した。正常、炎症早期、炎症終期のマウス肺から、血管内血球画分を除いた細胞懸濁液を調整し、Nx1-Seqを用いて各病態ステージにおける包括的single-cell transcriptome像を得た。検出された遺伝子のうち、細胞表面または細胞外のタンパク質をコードしている遺伝子を抽出し、既存の遺伝子相互作用ネットワーク推定アルゴリズム、および分子間相互作用データベースを用いて、各レセプター／リガンド間相互作用ネットワークを構築した。構築されたネットワークと各1細胞のレセプター／リガンド発現量に基づき、各細胞同士の結びつきを同定し、細胞間相互作用ネットワークを再構築した。ネットワーク内において、結びつきが強い細胞で構成されるサブネットワークを同定した。炎症早期には、TGFb1, Pdgfa, Spp1, Ccl2, Col1a2等の線維化や炎症においてHubな役割を果たす分子を中心に構成される11個のサブネットワークを認め、一方炎症終期にはこれらのサブネットワークが5つに収束していた。細胞間相互作用ネットワーク解析により、線維化疾患の進行過程における炎症細胞社会の変遷を示すパイオニア的研究成果と考えている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

独自の包括的single-cell transcriptome解析法Nx1-Seqを用い、正常および炎症肺を構成する単細胞の遺伝子発現を高感度に解析出来た。得られたデータはフローサイトメトリーのデータと相関性の高いものであり、またクラスター解析や細胞系譜解析などにより細胞社会の変遷も明らかに出来た。加えて、独自の細胞間相互作用ネットワーク解析により、線維化疾患の進行過程における炎症細胞社会の変遷も明らかに出来た。

Strategy for Future Research Activity

今回見出された炎症細胞社会クラスターのヒエラルキーを解明し、炎症細胞社会の動的モデル化を目指す。すなわち分子のシグナル経路のように、どの炎症細胞社会クラスターが肺線維化カスケードにおいて「上流」あるいは「下流」に位置しているのかを構成細胞の遺伝子発現上の類似性や空間的局在を元に推測する。さらに、より「上流」に位置する炎症細胞社会が現れるタイミングについて炎症細胞社会の構成細胞特異的なマーカーを探索して同定する。「上流」の炎症細胞社会のハブとなる細胞外の因子に対する、中和抗体・阻害剤への介入による、肺線維化の予防可能性を検証する。肺線維化自然発症モデル (SftpcI73T Tgマウス)を作成し、コンセプトを検証する。

Research Products

• [Journal Article] Reduction of Proliferating Olfactory Cells and Low Expression of Extracellular Matrix Genes Are Hallmarks of the Aged Olfactory Mucosa. (2018)
  • Author(s): Ueha R, Shichino S, Ueha S, Kondo K, Kikuta S, Nishijima H, Matsushima K, Yamasoba T.
  • Journal Title: Front Aging Neurosci Volume: 10 Pages: 86
  • DOI: doi: 10.3389/fnagi.2018.00086. eCollection 2018.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Single blood transfusion induces the production of donor-specific alloantibodies and regulatory T cells mainly in the spleen. (2018)
  • Author(s): Ueta H, Kitazawa Y, Sawanobori Y, Ueno T, Ueha S, Matsushima K, Matsuno K.
  • Journal Title: Int Immunol Volume: 30 Pages: 53-67
  • DOI: doi: 10.1093/intimm/dxx078.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Increased diversity with reduced "diversity evenness" of tumor infiltrating T-cells for the successful cancer immunotherapy. (2018)
  • Author(s): Hosoi A, Takeda K, Nagaoka K, Iino T, Matsushita H, Ueha S, Aoki S, Matsushima K, Kubo M, Morikawa T, Kitaura K, Suzuki R, Kakimi K.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 8 Pages: 1058
  • DOI: doi: 10.1038/s41598-018-19548-y.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The HIV co-receptor CCR5 regulates osteoclast function. (2017)
  • Author(s): Lee JW, Hoshino A, Inoue K, Saitou T, Uehara S, Kobayashi Y, Ueha S, Matsushima K, Yamaguchi A, Imai Y, Iimura T.
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 8 Pages: 2226
  • DOI: doi: 10.1038/s41467-017-02368-5.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Long-Lasting Graft-Derived Donor T Cells Contribute to the Pathogenesis of Chronic Graft-versus-Host Disease in Mice. (2017)
  • Author(s): Kosugi-Kanaya M, Ueha S, Abe J, Shichino S, Shand FHW, Morikawa T, Kurachi M, Shono Y, Sudo N, Yamashita A, Suenaga F, Yokoyama A, Yong W, Imamura M, Teshima T, Matsushima K.
  • Journal Title: Front Immunol Volume: 8 Pages: 1842
  • DOI: doi: 10.3389/fimmu.2017.01842. eCollection 2017.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comprehensive single-cell transcriptome analysis reveals heterogeneity in endometrioid adenocarcinoma tissues. (2017)
  • Author(s): Hashimoto S, Tabuchi Y, Yurino H, Hirohashi Y, Deshimaru S, Asano T, Mariya T, Oshima K, Takamura Y, Ukita Y, Ametani A, Kondo N, Monma N, Takeda T, Misu S, Okayama T, Ikeo K, Saito T, Kaneko S, Suzuki Y, Hattori M, Matsushima K, et al.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 7 Pages: 14225
  • DOI: doi: 10.1038/s41598-017-14676-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Combination of anti-CD4 antibody treatment and donor lymphocyte infusion ameliorates graft-versus-host disease while preserving graft-versus-tumor effects in murine allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. (2017)
  • Author(s): Ueha S, Yokochi S, Ishiwata Y, Kosugi-Kanaya M, Shono Y, Shibayama S, Ito S, Matsushima K.
  • Journal Title: Cancer Sci Volume: 108 Pages: 1967-1973
  • DOI: doi: 10.1111/cas.13346. Epub 2017 Aug 29.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simian Immunodeficiency Virus Targeting of CXCR3(+) CD4(+) T Cells in Secondary Lymphoid Organs Is Associated with Robust CXCL10 Expression in Monocyte/Macrophage Subsets. (2017)
  • Author(s): Fujino M, Sato H, Okamura T, Uda A, Takeda S, Ahmed N, Shichino S, Shiino T, Saito Y, Watanabe S, Sugimoto C, Kuroda MJ, Ato M, Nagai Y, Izumo S, Matsushima K, Miyazawa M, Ansari AA, Villinger F, Mori K.
  • Journal Title: J Virol Volume: 91 Pages: e00439-17
  • DOI: doi: 10.1128/JVI.00439-17. Print 2017 Jul 1.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] TCR sequencing reveals the generation and expansion of tumor-specific CD8+T cell clones after anti-CD4 antibody treatment in tumor-bearing mice (2018)
  • Author(s): Satoshi Ueha, Aoki Hiroyasu, Shigeyuki Shichino, Ogiwara Haru, Shinichi Hashimoto, Kazuhiro Kakimi, Kouji Matsushima
  • Organizer: Keystone Symposia
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An anti-CD4 depleting antibody reverses regulatory T cell-induced suppression of dendritic cells while preventing non-specific CD4+ T cell responses in tumor-bearing mice (2017)
  • Author(s): Satoshi Ueha, Haru Ogiwara, Shoji Yokochi, Yoshiro Ishiwata, Francis Shand, Shohei Hori, Kazuhiro Kakimi, Satoru Ito, Kouji Matsushima
  • Organizer: 36th Sapporo International_Cancer Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An anti-CD4 depleting antibody reverses regulatory T cell-induced suppression of dendritic cells while preventing non-specific CD4+ T cell responses in tumor-bearing mice (2017)
  • Author(s): Satoshi Ueha, Haru Ogiwara, Shoji Yokochi, Yoshiro Ishiwata, Francis Shand, Shohei Hori, Kazuhiro Kakimi, Satoru Ito, Kouji Matsushima
  • Organizer: AACR Annual Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of a functional and transcriptional signature for tumor-infiltrating dendritic cells in mouse (2017)
  • Author(s): Satoshi Ueha, Haru Ogiwara, Shigeyuki Shichino, Jun Abe, Francis Shand, Shinichi Hashimoto, Kouji Matsushima
  • Organizer: 5th Annual Meeting of the International Cytokine and Interferon Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TCR sequencing reveals the generation and expansion of tumor-specific CD8+T cell clones after anti-CD4 antibody treatment in tumor-bearing mice (2017)
  • Author(s): Satoshi Ueha, Aoki Hiroyasu, Shigeyuki Shichino, Ogiwara Haru, Shinichi Hashimoto, Kazuhiro Kakimi, Kouji Matsushima
  • Organizer: The 46th Japanese Society for Immunology
• [Presentation] TCR sequencing reveals the generation and expansion of tumor-specific CD8+ T cell clones after anti-CD4 antibody treatment in tumor-bearing mice (2017)
  • Author(s): Satoshi Ueha, Yasuhiro Aoki, Shigeyuki Shichino, Haru Ogiwara, Shinichi Hashimoto, Kazuhiro Kakimi, Satoru Ito, Kouji Matsushima
  • Organizer: 第21回日本がん免疫学会総会
• [Presentation] TCR sequencing reveals the generation and expansion of tumor-specific CD8+ T cell clones after anti-CD4 antibody treatment in tumor-bearing mice (2017)
  • Author(s): Satoshi Ueha, Yasuhiro Aoki, Shigeyuki Shichino, Haru Ogiwara, Shinichi Hashimoto, Kazuhiro Kakimi, Satoru Ito, Kouji Matsushima
  • Organizer: 第76回日本癌学会学術総会
• [Presentation] 抗CD4抗体とDLIを併用した同種造血幹細胞移植による低免疫原性固形がん治療の可能性 (2017)
  • Author(s): 上羽 悟史、石渡 義郎、_地祥司、伊藤哲、松島綱治
  • Organizer: 第26回 日本癌病態治療研究会
• [Presentation] 担がんマウスにおけるCD8+ T細胞レパトアの臓器別解析 (2017)
  • Author(s): 青木 寛泰、七野 成之、橋本 真一、上羽 悟史、松島 綱治
  • Organizer: 第3回日本骨免疫学会
• [Remarks] 新学術領域研究 予防を科学する炎症細胞社会学 ホームページ
  • URL: http://inflammationcellularsociology.org/