The elucidation of mechanism by which membrane nanotubes transmit HTLV-1

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K07155
• Research Institution: National Institute of Infectious Diseases
• Principal Investigator: 日吉 真照 国立感染症研究所, 血液・安全性研究部, 主任研究官 (40448519)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 細胞膜ナノチューブ / 感染伝播 / HTLV-1

Outline of Annual Research Achievements

細胞膜ナノチューブの形成因子であるM-Secは、正常T細胞では発現しないが、HTLV-1感染T細胞株では異所性発現する。まず、HTLV-1感染によるM-Secの異所性発現の分子メカニズム解明を試みた。そのために、HTLV-1がコードする遺伝子をそれぞれT細胞株に導入し、M-Sec発現誘導を確認したところ、Tax遺伝子によってM-Secの発現が誘導されることがわかった。さらに、HTLV-1キャリア検体由来の感染T細胞を用いた解析の結果、Taxの発現上昇に相関してM-Secが発現することが明らかになった。これらのことから、T細胞におけるM-Secの異所性発現はTaxが誘導していると考えられた。
一方、HTLV-1感染伝播におけるM-Secナノチューブの機能をin vivoで明らかにするために、ヒト化マウスを用いた感染実験を行った。HTLV-1の感染実験の感染源として、野生型MT-2細胞とM-Sec発現抑制MT-2細胞（MT-2 KD細胞）を用いることにした。まず、MT-2KD細胞について詳細に解析したところ、野生型に比べて有意に細胞膜ナノチューブ形成能が低いことが確認できた。そこで、これらの細胞をヒト化マウスにそれぞれ接種し、４週間後において血液、脾臓、肝臓及び骨髄からヒト細胞を分取しHTLV-1のプロウイルス量(PVL)を解析した。その結果、MT-2KDを移植したヒト化マウスでは、血液、脾臓及び肝臓においてHTLV-1 PVLが有意に低いことが明らかになった。さらに、マウスの組織を詳細に解析したところ、PVL値に相関してMT-2 KD移植ヒト化マウスでは、脾臓、肝臓及び骨髄に侵入したヒト細胞が少ないことがわかった。これらの結果から、M-Secが形成誘導するナノチューブは、生体内におけるHTLV-1の感染伝播に重要であると考えられた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

細胞膜ナノチューブのHTLV-1感染伝播への関与について、（１）HTLV-1感染T細胞で観察されるM-Secの異所性発現はヒトのHTLV-1感染プライマリT細胞でも見られる現象なのか、（２）M-Secが形成誘導する細胞膜ナノチューブは生体内でHTLV-1感染伝播に関与するのか、という最も重要な点を確認することができた。すなわち、（１）については、非感染T細胞株およびHTLV-1感染ヒト検体由来のプライマリT細胞を用いた解析によって、HTLV-1 Tax遺伝子がM-Secの異所性発現を誘導することがわかった。（２）ついては、細胞膜ナノチューブを形成しないM-Sec発現抑制MT-2細胞（MT-2 KD細胞）を移植したヒト化マウスでは血液、脾臓、肝臓および骨髄においてHTLV-1プロウイルス量(PVL)が低く、組織を観察するとPVL値に相関してMT-2 KD移植ヒト化マウスでは、脾臓、肝臓及び骨髄に侵入したヒト細胞が少ないことがわかった。さらに、ヒト化マウスの感染実験で感染源とするために作製したMT-2 KD細胞を詳細に解析することで、HTLV-1感染細胞で発現するM-Secが細胞膜ナノチューブの形成に重要であることが確認できた。また興味深いことに、MT-2 KD細胞では細胞運動能が低下していることが明らかになった。この結果は、M-SecがHTLV-1感染細胞の運動能を亢進し、体内における感染伝播に寄与する可能性を示唆している。
このように、本研究の目的のひとつである細胞膜ナノチューブのHTLV-1感染伝播への関与について、重要な結果を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

これまでに、M-Secが形成誘導する細胞膜ナノチューブはHTLV-1の感染伝播に重要であることを示す結果を得ることができた。今後は、以下の２点について重点的に研究を行なっていく。
（１）HTLV-1Taxが誘導するM-Secの異所性発現の分子メカニズム
（２）HTLV-1感染抑制剤の探索
（１）については、既知のTaxのさまざまな変異体を用いて、どのTax機能がM-Sec発現に重要なのかを確認することで、詳細な分子メカニズムを明らかにする。（２）ついては、これまでの研究で確立した実験系（in vitroおよびin vivo）を用いて、独自に同定しているM-Sec機能阻害剤NPD3064やM-Sec下流で機能する細胞内 タンパク質に対する阻害剤（BQU57、ZCL278、NSC23766）のHTLV-1感染伝播抑制効果について解析する。すなわち、HTLV-1感染細胞株MT-2-T細胞株Jurkat共培養系に阻害剤を添加し感染伝播抑制効果を検証する（in vitro解析）。また、HTLV-1感染ヒト化マウスに阻害剤を投与した後、血液、脾臓、肝臓および骨髄からヒト細胞を分取してHTLV-1プロウイルス量を解析し、その効果を検証する（in vivo解析）。さらに、HTLV-1キャリア検体由来の感染細胞を用いた解析も同様に検討する

Causes of Carryover

本年度の研究において、当初の実験計画より早くM-Secが形成誘導する細胞膜ナノチューブのHTLV-1感染伝播における重要性を示す結果を得ることができた。独自に同定している小分子化合物NPD3064はM-Secによる細胞膜ナノチューブ形成を阻害するため、本研究の目的のひとつであるHTLV-1感染抑制剤の探索において、M-Sec機能阻害剤NPD3064はHTLV-1感染抑制剤の候補として有望であると考えられる。そのため、今後詳細な解析を行う必要性が高まり、まとまった量のNPD3064を確保しなければならない。前述の通り、NPD3064は独自に同定した小分子化合物であるため、市販されていない。購入するには、メーカーにオーダーメイドで合成を依頼する必要があるため高価である。そのため、次年度以降のNPD3064等を購入するために次年度使用額が生じた。