2016 Fiscal Year Annual Research Report
抗原取り込みに特化した特殊腸管上皮Ｍ細胞の分化と機能
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16H05207
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
大野 博司 国立研究開発法人理化学研究所, 統合生命医科学研究センター, グループディレクター (50233226)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金谷 高史 国立研究開発法人理化学研究所, 統合生命医科学研究センター, 研究員 (20553829)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | M細胞 / 濾胞関連上皮 / RANKL / RANK / Spi-B / IL-22 / IL-22BP / 抗菌ペプチド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
M細胞はパイエル板など腸管関連免疫組織のリンパ濾胞を覆う特殊な上皮、濾胞関連上皮に存在し、細菌などの腸内抗原を取り込み腸管免疫応答誘導に重要な細胞である。
M細胞の分化にはパイエル板のストローマ細胞が発現するサイトカインRANKLが未分化上皮細胞に発現する受容体RANKを刺激して発現誘導される転写因子Spi-Bが必須であることを明らかにした。RANKの下流のNF-kBには古典的経路・非古典的経路が存在する。M細胞の分化にはこの両方が必要なことを示唆する結果を得た。腸管上皮幹細胞をex vivoで培養することにより、腸管上皮細胞系列の分化を再現できるエンテロイド培養系をRANKL刺激するとSpi-Bの発現とともにＭ細胞が分化するが、非古典経路の活性化のみではSpi-Bの発現は見られるがＭ細胞の最終分化には至らないことから、Spi-Bは必要だが十分ではなく、古典経路の下流で活性化する未知の転写因子がSpi-Bと協調して働く必要が示唆された。
Ｍ細胞を有する濾胞関連上皮は絨毛上皮と異なり、粘液産生する杯細胞やその粘液産生が少なく、また上皮細胞からのReg3などの抗菌ペプチドの分泌が少ないなど、腸内細菌が近づきやすいような性質を有している。Th17細胞や自然免疫細胞のひとつILC3から分泌されるIL-22が上皮細胞上のIL-22受容体に作用すると、粘液の構成成分であるMuc3や抗菌ペプチドReg3ganmmaの発現が上昇する。我々は、パイエル板のCD11b+CD8a-樹状細胞がIL-22BPというIL-22と強い親和性を示す分子を分泌し、IL-22とIL-22受容体との結合に拮抗することで、濾胞関連上皮ではIL-22シグナルが入らず、粘液や抗菌ペプチドの産生を抑えて腸内細菌取り込みに適した性質を持つようになることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
M細胞の分化におけるNFkB古典的経路・非古典的経路の関与については論文投稿中であるが、査読者の一人が上皮細胞特異的古典経路分子の遺伝子欠損マウスを用いた実験を要求している。本マウスは海外の研究者が確立したもので、その責任著者が引退しているため入手に若干時間を要したが、後継者と連絡を取り、既に凍結保存胚を入手済みであり、現在個体復元中である。したがって、本年度中には本マウスを用いた追加実験を終了し、論文投稿・採択が可能と考える。
エンテロイドをtrypsin/EDTA処理後にトランズウェル・フィルターメンブレン上で再培養することにより上皮細胞の単層培養に成功し、RANKL刺激を加えることでＭ細胞の分化が誘導されることを確認した。しかし、に問題が単層培養の再現性や効率に問題があり、改善が必要であった。そこで、エンテロイド培養系の確立に世界に先駆けて成功した慶應義塾大学医学部消化器内科の佐藤俊朗博士、佐々木伸雄博士との共同研究により、昨年度、再現性よく高効率なエンテロイド単層培養系を確立した。今年度はこの系を用いて、M細胞の機能、特に細胞内輸送系の分子メカニズムの解明に取り組む。
M細胞の分化に細菌が関与するとの報告もあるが、詳細は不明である。また、食物抗原の影響は調べられていない。食物光源の影響を調べるには、アミノ酸やビタミンなどの成分栄養餌を与えることで、食物抗原の影響を排除した「無抗原マウス」を用いる必要がある。無抗原マウスは飼育が難しく、世界的にもあまり確立されていなかった。そこで、無抗原マウスの飼育・繁殖に成功し論文を出している韓国のグループとの共同研究により昨年度韓国を訪問・見学し、そのノウハウを習得し、無抗原マウスの樹立にほぼ成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述のように、転写因子Spi-BはM細胞の分化に必要だが十分ではなく、古典経路の下流で活性化する未知の転写因子がSpi-Bと協調して働く必要が示唆される。そこで古典経路、非古典経路それぞれを刺激したエンテロイドの遺伝子発現をRNAseqにより比較することでSpi-Bと協働する未知の転写因子の同定を試みる。
M細胞の機能に関しては、M細胞特異的表面分子Umodが乳酸桿菌の受容体として働くことを示唆する結果を得ており、Umod欠損マウスや乳酸桿菌変異体を用いて、乳酸桿菌の菌体表面に発現するSlpAというタンパク質がUmodと特異的に相互作用することを見いだしている。現在、Umod依存的にM細胞から取り込まれた乳酸桿菌が免疫系に及ぼす影響について検討中である。
現在までの進捗状況に述べたように、エンテロイドの高効率・高再現性単層培養系の確立に成功しており、RANKL刺激を加えることでＭ細胞の分化が誘導されることも確認している。そこでこの系を用いて、培養系に添加した腸内細菌の取り込みが見られるか、またその際にどのような分子（例えばエンドサイトーシス経路に働くRabファミリーGTPaseのうちM細胞に高発現するRab32やFAEに高発現するRab8b）に着目して解析する。
M細胞の分化に細菌・食物抗原の関与に関しては不明であり、それについても実験を開始する。具体的には、無菌マウスや、上述した無抗原マウスを用いた、M 細胞の分化・機能における微生物・食餌性抗原の役割に関する解析を行う。無抗原マウスは昨年度に確立できたため、今年度はSPF、無菌、無抗原マウスのM細胞の比較検討を行う。
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Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Distinct Roles for the N- and C-terminal Regions of M-Sec in Plasma Membrane Deformation during Tunneling Nanotube Formation2016
Author(s)
Kimura S, Yamashita M, Yamakami-Kimura M, Sato Y, Yamagata A, Kobashigawa Y, Inagaki F, Amada T, Hase K, Iwanaga T, Ohno H, Fukai S.
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Journal Title
Sci Rep
Volume: 6
Pages: 33548
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] High-affinity monoclonal IgA regulates gut microbiota and prevents colitis in mice2016
Author(s)
Okai S, Usui F, Yokota S, Hori-I Y, Hasegawa M, Nakamura T, Kurosawa M, Okada S, Yamamoto K, Nishiyama E, Mori H, Yamada T, Kurokawa K, Matsumoto S, Nanno M, Naito T, Watanabe Y, Kato T, Miyauchi E, Ohno H, Shinkura R.
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Journal Title
Nat Microbiol.
Volume: 1
Pages: 16103
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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