PIP3関連分子異常による原発性免疫不全症の病態解明と新規原因遺伝子同定

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H04233
• Research Institution: National Defense Medical College
• Principal Investigator: 野々山 恵章 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 小児科学, 教授 (40280961)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 耕輔 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 寄附講座准教授 (90332626)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 小児免疫 / アレルギー / 膠原病

Outline of Annual Research Achievements

１）PIP3関連分子異常による原発性免疫不全症であるActivated Pi3Kδsyndrome(APDS)の迅速診断法開発：APDSの迅速診断法を開発した。すなわちFACSにより患者末梢血B細胞のAKTリン酸化を解析する方法で、簡便かつ迅速にAPDSの診断が可能になった。これにより患者を集積し、その臨床データを得た。その結果、細胞性免疫不全による易感染性が存在することを明らかにした。
２）APDSにおける免疫不全およびリンパ節腫脹発症機構の解明
a) リンパ球アポトーシスの解明：患者由来Tリンパ球をCD3+IL2で刺激し、アポトーシスが亢進していることを見出し、T細胞免疫不全の原因の１つである事を示した。
b) FOXO1リン酸化亢進：micro RNAをAPDS患者群で測定し、miR27a-3pが有意に高値を示した。そこでmiR27a-3pがターゲットとする分子であるFOXO1に注目し、APDS患者T細胞でFOXO1のリン酸化の亢進を見出した。FOXO1は転写因子で、PI3K-AKT-S6活性化シグナルによってリン酸化され核外移行することで転写活性が抑制される。このことから、AKTリン酸化により転写因子FOXO1の機能低下が起こり、FOXO1が転写する免疫担当細胞の分化、増殖に関わる様々な遺伝子の発現が低下して免疫不全症が発症する事を示した。
c) ERKリン酸化亢進：APDS患者由来EB cell lines でERKのリン酸化が亢進していることを見出した。APDS患者における大きな問題である異常リンパ節腫脹の原因の１つである事を示した。
３）治療法の検討：APDS患者の造血幹細胞移植の成績をまとめた。またデジタルPCRを用いてPI3K変異を解析する事によるAPDS患者の移植後の生着を解析する方法を開発した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画では免疫不全の発症機構を解明する事を目標とし成果をあげた。それに加え、APDSのもう一つの大きな問題であるリンパ節腫脹について、その機構を明らかにする事ができた。
また、迅速診断を開発し、多数症例の解析を行った。迅速診断法によりAPDS症例を診断し、多数例を集積してその臨床データを解析することにより、細胞性免疫不全がある事、易感染性や異常リンパ節腫脹などが重症化すること、そのため造血幹細胞移植の適応がある事を示した。デジタルPCRによる移植後キメリズム解析も開発できた。
以上のように大きな成果が得られ、当初計画以上に研究が進展している。

Strategy for Future Research Activity

１)APDSの実態解明および免疫不全症の病態解析 a)迅速診断法によるAPDS患者実態の把握：B細胞のAKTリン酸化をFACSで解析する方法を確立したので、これまで分類不能型免疫不全症とされていた患者で解析し、新規APDS患者を見出す。 b)APDS患者免疫不全の解析：APDS患者の臨床データを集積し、どのような免疫不全を呈するか詳細に解析する。
２)APDSで免疫不全が起きる機構の解明 a)リンパ球アポトーシスの解明：患者リンパ球が刺激後にアポトーシスに陥り易い事を示す。 b)S6下流遺伝子解析による免疫不全発症機構の解明：FOXO1遺伝子のリン酸化異常を見出したので、免疫不全発症機構の解明に結びつける。さらに、FOXO1のリン酸化亢進をもとにして、FOXO1で転写されるBim, FasL, TRAIL, BAD, p27Kip1, p130などの分子の発現をAPDS患者で解析し、これらの分子の発現異常により免疫担当細胞の異常増殖、アポトーシス亢進、成熟細胞への分化障害が起こり、その結果、免疫不全を発症することを解明する。
３)新規APDS原因遺伝子の同定
APDSの表現型を取るが、PIK3CD,PIK3R1,PTEN遺伝子が正常である患者群が存在する。AKTの過剰リン酸化も起きている。この患者群は、新規APDS原因遺伝子に変異があると考えられる。患者および家族のDNAを用い、全ゲノムExome解析、機能解析を行い、原因遺伝子を同定する。
４)APDS治療法の開発
APDSは造血幹細胞移植が必要になる重篤な免疫不全症である。移植の成功率は高くなく、新規治療法を開発する必要がある。病態から考えて、mTOR 抑制剤Rapamycin、AKTリン酸化阻害剤、PI3K阻害剤が効果があると考えられるため、in vitroでの効果を検討し、抑制効果を指標にこれらの薬剤の臨床応用を検討する。

Research Products

• [Journal Article] Hematopoietic stem cell transplantation for progressive combined immunodeficiency and lymphoproliferation in patients with activated phosphatidylinositol-3-OH kinase δ syndrome type 1. (2019)
  • Author(s): Okano T, Imai K, Tsujita Y, Mitsuiki N, Yoshida K, Kamae C, Honma K, Mitsui-Sekinaka K, Sekinaka Y, Kato T, Nonoyama S, Morio T, et al.
  • Journal Title: J Allergy Clin Immunol. Volume: 143 Pages: 266-275
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2018.04.032.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A pediatric case of acute megakaryocytic leukemia with double chimeric transcripts of CBFA2T3-GLIS2 and DHH-RHEBL1. (2018)
  • Author(s): Mitsui-Sekinaka K, Sekinaka Y, Ogura Y, Honda M, Ohyama R, Oyama C, Isobe K, Mori M, Arakawa Y, Koh K, Hanada R, Nonoyama S, Kawaguchi H.
  • Journal Title: Leuk Lymphoma. Volume: 59 Pages: 151
  • DOI: 10.1080/10428194.2017.1387901.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A severe anaphylactic reaction associated with IgM-class anti-human IgG antibodies in a hyper-IgM syndrome type 2 patient. (2018)
  • Author(s): Tsujita Y, Imai K, Honma K, Kamae C, Horiuchi T, Nonoyama S.
  • Journal Title: J Clin Immunol. Volume: 38 Pages: 144-148.
  • DOI: 10.1007/s10875-017-0466-7.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation for leukocyte adhesion deficiency. (2018)
  • Author(s): Horikoshi Y, Umeda K, Imai K, Yabe H, Sasahara Y, Watanabe K, Ozawa Y, Hashii Y, Kurosawa H, Nonoyama S, Morio T.
  • Journal Title: J Pediatr Hematol Oncol. Volume: 40 Pages: 137-140.
  • DOI: 10.1097/MPH.0000000000001028.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human AK2 links intracellular bioenergetic redistribution to the fate of hematopoietic progenitors. (2018)
  • Author(s): Oshima K, Saiki N, Tanaka M, Imamura H, Niwa A, Tanimura A, Nagahashi A, Hirayama A, Okita K, Hotta A, Kitayama S, Osawa M, Kaneko S, Watanabe A, Asaka I, Fujibuchi W, Imai K, Yabe H, Kamachi Y, Hara J, Kojima S, Tomita M, Soga T, Noma T, Nonoyama S, Nakahata T, Saito M.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 497 Pages: 719-725.
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.02.139.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enhanced AKT phosphorylation of circulating B cells in patients with activated PI3Kδ syndrome. (2018)
  • Author(s): Asano T, Okada S, Tsumura M, Yeh T, Mitsui-Sekinaka K, Tsujita Y, Ichinose Y, Shimada A, Hashimoto K, Wada T, Imai K, Ohara O, Morio T, Nonoyama S, Kobayashi M.
  • Journal Title: Front Immunol. Volume: 9 Pages: 568
  • DOI: 10.3389/fimmu.2018.00568.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Droplet digital PCR-based chimerism analysis for primary immunodeficiency diseases. (2018)
  • Author(s): Okano T, Tsujita Y, Kanegane H, Mitsui-Sekinaka K, Tanita K, Miyamoto S, Yeh T, Yamashita M, Terada N, Ogura Y, Takagi M, Imai K, Nonoyama S, Morio T.
  • Journal Title: J Clin Immunol. Volume: 38 Pages: 300-306.
  • DOI: 10.1007/s10875-018-0497-8.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical and immunological characterization of ICF syndrome in Japan. (2018)
  • Author(s): Kamae C, Imai K, Kato T, Okano T, Honma K, Nakagawa N, Yeh TW, Noguchi E, Ohara A, Shigemura T, Takahashi H, Takakura S, Hayashi M, Honma A, Watanabe S, Shigemori T, Ohara O, Sasaki H, Kubota T, Morio T, Kanegane H, Nonoyama S.
  • Journal Title: J Clin Immunol. Volume: 38 Pages: 927-937.
  • DOI: 10.1007/s10875-018-0559-y.
  • Peer Reviewed