コレラ毒素による免疫アジュバント活性における小胞体ストレス応答の機能的意義の解明

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K07628
• Research Institution: Wakayama Medical University
• Principal Investigator: 佐々木 泉 和歌山県立医科大学, 先端医学研究所, 講師 (80611037)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: コレラ毒素 / インフラマソーム / 腹腔マクロファージ / 小胞体ストレス応答

Outline of Annual Research Achievements

コレラ毒素（Cholera toxin: CT）は、毒素活性を持つAサブユニット（CTA）と、CTを細胞内へ導入するBサブユニット（CTB）から構成されるタンパク複合体である。CTは毒素活性がある一方で、免疫増強作用（免疫アジュバント活性）があり、T細胞の活性化や免疫グロブリン産生、炎症性サイトカイン産生などを誘導することが知られているが、その分子機構は不明な部分が多い。
我々は、これまでCTBがマウス腹腔マクロファージに作用し、リポ多糖（lipopolysaccharides: LPS）と協調して炎症性サイトカインIL-1βの産生を誘導すること、その機序として、CTBによるNLRP3インフラマソームやPyrinインフラマソームの活性化が関与することを明らかにしてきた（Int Immunol, 2019）。次に、CTBがどのようにインフラマソームを活性化するのかが重要になる。この分子機構を明らかにするため、腹腔マクロファージをLPS単独あるいはLPS+CTBで刺激し、網羅的遺伝子発現解析（トランスクリプトーム, RNAseq）を行った結果、LPS単独刺激と比べ、LPS+CTB刺激により小胞体ストレス関連遺伝子群の発現が顕著に上昇することを見出した。
本研究では、コレラ毒素による免疫アジュバント活性における小胞体ストレス応答の機能的意義を解明する。令和元年度では、LPS+CTBによるIL-1β産生誘導に、どの小胞体ストレスセンサーが関与するかを調べた。その結果、IRE1αの阻害剤の添加により、XBP1のmRNAスプライシングとIL-1β産生誘導が障害されることを見出した。以上の結果から、LPS+CTBによるIL-1β産生誘導に、小胞体ストレスセンサーIRE1αが関与することが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の目的は、コレラ毒素による免疫アジュバント活性における小胞体ストレス応答の機能的意義を解明することである。令和元年度では、コレラ毒素によるIL-1β産生誘導における小胞体ストレスセンサーの関与の解明を目指していた。当初の計画通り、小胞体ストレスセンサーIRE1αがLPS+CTBによるIL-1β産生誘導に関与することを見出した。以上の観点から、本研究はおおむね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度に得られた成果を発展させる形で研究を進める。即ち、マクロファージ特異的IRE1α欠損マウスを作成し、解析を行う。また、IRE1α欠損マクロファージにおけるマルチオミックス解析（RNAseqとメタボローム解析）を行い、抽出した標的分子および標的代謝経路について、その機能的意義を阻害剤や遺伝子欠損マウスなどを用いて解析し明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Identification of a Novel CCDC22 Mutation in a Patient With Severe Epstein-Barr Virus-Associated Hemophagocytic Lymphohistiocytosis and Aggressive Natural Killer Cell Leukemia (2019)
  • Author(s): Yusuke Yamashita , Akinori Nishikawa , Yoshifumi Iwahashi , Masakazu Fujimoto , Izumi Sasaki , Hiroyuki Mishima , Akira Kinoshita , Hiroaki Hemmi , Nobuo Kanazawa , Kouichi Ohshima , Ken-Ichi Imadome , Shin-Ichi Murata , Koh-Ichiro Yoshiura , Tsuneyasu Kaisho , Takashi Sonoki , Shinobu Tamura
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 109 Pages: 744～750
  • DOI: 10.1007/s12185-019-02595-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cholera toxin B induces interleukin-1β production from resident peritoneal macrophages through the pyrin inflammasome as well as the NLRP3 inflammasome (2019)
  • Author(s): Orimo T、Sasaki I、Hemmi H、Ozasa T、Fukuda-Ohta Y、Ohta T、Morinaka M、Kitauchi M、Yamaguchi T、Sato Y、Tanaka T、Hoshino K、Katayama KI、Fukuda S、Miyake K、Yamamoto M、Satoh T、Furukawa K、Kuroda E、Ishii KJ、Takeda K、Kaisho T
  • Journal Title: International Immunology Volume: 31 Pages: 657～668
  • DOI: 10.1093/intimm/dxz004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Programmed cell death ligand 1 disruption by clustered regularly interspaced short palindromic repeats /Cas9‐genome editing promotes antitumor immunity and suppresses ovarian cancer progression (2019)
  • Author(s): Yahata Tamaki、Mizoguchi Mika、Kimura Akihiko、Orimo Takashi、Toujima Saori、Kuninaka Yumi、Nosaka Mizuho、Ishida Yuko、Sasaki Izumi、Fukuda‐Ohta Yuri、Hemmi Hiroaki、Iwahashi Naoyuki、Noguchi Tomoko、Kaisho Tsuneyasu、Kondo Toshikazu、Ino Kazuhiko
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 110 Pages: 1279～1292
  • DOI: 10.1111/cas.13958
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Cholera toxin B can induce interleukine-1β production in peritoneal macrophages through the pyrin inflammasome as well as the NLRP3 inflammasome. (2019)
  • Author(s): Sasaki I, Orimo T, Hemmi H, Furukawa K, Kaisho T.
  • Organizer: 第26回マクロファージ分子細胞生物学国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of mice carrying a novel and missense mutation of proteasome subunit gene identified in a patient with autoinflammation and immune deficiency. (2019)
  • Author(s): Hemmi H, Orimo T, Nishiyama N, Kato T, Ozasa T, Sasaki I, Kinjo N, Kanazawa N, Kaisho T.
  • Organizer: 第26回マクロファージ分子細胞生物学国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] コレラ毒素Bサブユニットは細胞内病原体センサーNLRP3とPyrinを介して炎症性サイトカインIL-1βの産生を誘導する (2019)
  • Author(s): 佐々木泉、折茂貴是、邊見弘明、古川鋼一、改正恒康
  • Organizer: 第29回日本樹状細胞研究会
• [Presentation] ヒト疾患由来プロテアソームサブユニット突然変異導入マウスにおける樹状細胞分化障害. (2019)
  • Author(s): 邊見弘明、小笹俊哉、加藤喬、折茂貴是、佐々木泉、大田（福田）有里、金澤伸雄、改正恒康.
  • Organizer: 第29回日本樹状細胞研究会
• [Presentation] コレラ毒素Bサブユニットとリポ多糖による相乗的なIL-1β産生誘導機構 (2019)
  • Author(s): 佐々木泉
  • Organizer: 第28回内毒素・LPS研究会
• [Presentation] コレラ毒素Bサブユニットによる炎症性サイトカインIL-1β産生誘導機構 (2019)
  • Author(s): 佐々木泉、折茂貴是、邊見弘明、土屋慧馬、井上正一、熊谷直光、古川鋼一、改正恒康
  • Organizer: 第26回日本免疫毒性学会学術集会
• [Presentation] Cholera toxin B can induce interleukine-1β production in peritoneal macrophages through the pyrin inflammasome as well as the NLRP3 inflammasome. (2019)
  • Author(s): Sasaki I, Orimo T, Hemmi H, Furukawa K, Kaisho T.
  • Organizer: The 18th Awaji International Forum on Infection and Immunity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Roles of endoplasmic reticulum stress in cholera toxin B-induced interleukine-1β production from resident peritoneal macrophages. (2019)
  • Author(s): Sasaki I, Morita S, Okuzaki D, Orimo T, Hemmi H, Furukawa K, Kaisho T.
  • Organizer: 第48回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Defective dendritic cell and monocyte development in proteasome subunit mutant mice. (2019)
  • Author(s): 23.Hemmi H, Orimo T, Sasaki I, Kato T, Fukuda-Ohta Y, Kinjo N, Hamada S, Kinoshita A, Yoshiura KI, Ohnishi H, Kanazawa N, Kaisho T.
  • Organizer: 第48回日本免疫学会学術集会