Crosstalk between hematopoiesis and intestinal flora

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K19641
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 豊嶋 崇徳 北海道大学, 医学研究院, 教授 (40284096)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: GVHD / 生着 / 腸内フロラ / IL-17

Outline of Annual Research Achievements

致死量の全身放射線照射で造血細胞を除去したレシピエントマウス(B6-CD45.2)に、今ジェニックドナー(B6-CD45.1)の骨髄から純化したLineage- Sca-1+ c-kit+ 細胞（LSK細胞）を移植したところ、移植後day21から28の間に生着が得られた。この際、Cytokine Beads Array (BD Biosciences)をもちいて, 血清におけるサイトカインの変化を経時的に測定したところ, 好中球造血を促進するG-CSFやG-CSFの産生を促進するIL-17Aが、移植後の好中球減少時に著明に上昇し、生着が得られるまで持続的に上昇していることが示された。移植2週間前から解析日まで抗菌薬ampicillin, vancomycin, strepomycinの経口投与により、腸内殺菌を行ったところ、こうしたサイトカインの上昇は完全に抑制され、それにともなって好中球数生着の有意な遅延が見られた。この抗菌薬をナイーブマウスに投与しても定常造血に対する毒性は見られなかった。腸内殺菌を行ったレシピエントマウスに移植後にG-CSFを投与すると, 好中球数回復は腸内殺菌を行わなかったマウスと同等になっていた。
IL-17Aの欠損するB6-IL-17A-/-マウスをレシピエントとして同様の移植を行ったところ, IL-17Aの末梢血中の上昇は見られなくなり, 移植後IL-17Aは主にレシピエント細胞から産生されることが判明した。興味深いことに、移植後のG-CSFの上昇も, IL-17A欠損レシピエントでは見られなくなっており、移植後のG-CSF産生はレシピエントのIL-17A産生に依存していることが判明した。さらに, IL-17A欠損レシピエントでは、野生型のレシピエントに比較して好中球の生着が遅延することも確認した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

計画した実験は、ほぼすべて実行することができている。移植後の好中球減少時期に、腸内細菌依存性に、好中球造血に関与するサイトカインが上昇することは, 本研究で初めて示されたもので非常に興味深い。移植後に腸内殺菌で好中球回復が遅延するという知見も、臨床の移植を考える上で示唆に富んでいる。レシピエントのIL-17Aが欠損していると、腸内細菌の存在下でもG-CSFの上昇が見られなくなる現象は、腸内細菌と骨髄の好中球造血をリンクさせる上で, 重要な所見である。このような興味深く、重要な知見を得られたことを考えると、研究の進捗は順調であると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

腸内フローラのシグナルを感知するIL-17A産生細胞の同定とシグナル伝達メカニズムの解明に着手する。IL-17Aの生体における主要な産生細胞は腸管の自然免疫細胞ILCやTh17細胞、gamma/deltaT細胞である。T細胞 の存在しないRag1-/-マウスや抗CD90抗体投与実験を行う。また細菌からのシグナルとしてはTLR系を想定し、MyD88-/-TRIF-/-マウス（大 阪大学医学研究科、免疫制御学、竹田潔教授より供与）から分離したILCやT細胞におけるIL-17A産生能を検討する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Queensland Institute of Medical Research(Australia)
  • Country Name: Australia
  • Counterpart Institution: Queensland Institute of Medical Research
• [Journal Article] Vitamin A-coupled liposomes containing siRNA against HSP47 ameliorate skin fibrosis in chronic graft-versus-host disease. (2018)
  • Author(s): Yamakawa T, Ohigashi H, Hashimoto D, Hayase E, Takahashi S, Miyazaki M, Minomi K, Onozawa M, Niitsu Y, Teshima T
  • Journal Title: Blood Volume: 131(13) Pages: 1476-1485
  • DOI: 10.1182 / blood-2017-04-779934
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ruxolitinib protects skin stem cells and maintains skin homeostasis in murine graft-versus-host disease. (2018)
  • Author(s): Takahashi S, Hashimoto D, Hayase E, Ogasawara R, Ohigashi H, Ara T, Yokoyama E, Ebata K, Matsuoka S, Hill G, Sugita J, Onozawa M, Teshima T
  • Journal Title: Blood Volume: [Epub ahead of print] Pages: -
  • DOI: 10.1182 / blood-2017-06-792614
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microbiome-Host Interactions in Hematopoietic Stem-Cell Transplant Recipients. (2018)
  • Author(s): Andermann T, Peled J, Ho C, Reddy P, Riches M, Storb R,Teshima T, van den Brink M, Alousi A, Balderman S, Chiusolo P, Clark W, Holler E, Howard A, Kean L, Koh A, McCarthy P, McCarty J, Mohty M, Nakamura R, Rezvani K, Segal B, Shaw B, Shpall E, Sung A, Weber D, Whangbo J, Wingard J, Wood W, Perales MA, Jenq R, Bhatt A
  • Journal Title: Biol Blood Marrow Transplant Volume: [Epub ahead of print] Pages: -
  • DOI: 10.1016 / j.bbmt.2018.02.009
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] R-Spondin1 expands Paneth cells and prevents dysbiosis induced by graft-versus-host disease. (2017)
  • Author(s): Hayase E, Hashimoto D, Nakamura K, Noizat C, Ogasawara R, Takahashi S, Ohigashi H, Yokoi Y, Sugimoto R, Matsuoka S, Ara T, Yokoyama E, Yamakawa T, Ebata K, Kondo T, Hiramine R, Aizawa T, Ogura Y, Hayashi T, Mori H, Kurokawa K, Tomizuka K, Ayabe T, Teshima T.
  • Journal Title: J Exp Med Volume: 214 (12) Pages: 3507-3518
  • DOI: 10.1084 / jem.20170418
  • 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: 18;8 Pages: 1842
  • DOI: 10.3389/fimmu.2017.01842
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Intestinal microbiota play a critical role in neutrophil engraftment posttransplant and recovery after chemotherapy by stimulating T cell production of IL-17A. (2017)
  • Author(s): Ebata K, Hashimoto D,Takahashi S,Hayase E,Ogasawara R,Teshima T
  • Organizer: 59th ASH Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gastric stem cells are targeted in upper gastrointestinal GVHD. 59th ASH Annual Meeting, Dec 9-12, 2017, Atlanta, GA, USA. (2017)
  • Author(s): Hayase E, Hashimoto D,Takahashi S,Ohigashi H,Takahiro T,Ara T,Yokoyama E,Teshima T.
  • Organizer: 59th ASH Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] パネト細胞増殖因子としてのR-Spondin1と抗菌ペプチドを用いた腸内エコロジーシステムの制御法 (2017)
  • Author(s): 早瀬英子, 橋本大吾，中村公則，平峰里奈，相沢智康，近藤健，小椋義俊，林哲也，森宙史，黒川顕，綾部 時芳，豊嶋崇徳
  • Organizer: 第二回北大・部局横断シンホ_シ_ウム『免疫・癌・感染』
• [Presentation] 同種造血幹細胞移植後の腸管GVHD発症と抗菌薬投与の関連 (2017)
  • Author(s): 日高大輔, 早瀬英子, 白鳥聡一, 石尾崇, 立野貴大, 岡田耕平, 後藤秀樹, 杉田純一, 小野澤真弘, 中川雅夫, 加畑馨, 藤本勝也, 遠藤知之, 近藤健, 橋本大吾, 豊嶋崇徳
  • Organizer: 第79回日本血液学会学術集会