STAT1機能獲得型変異が自己免疫性の内分泌障害を引き起こす分子病態の解明

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K17301
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 香川 礼子 広島大学, 病院(医), 医科診療医 (40806634)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: STAT1 GOF変異 / CMCD / T385M / R274Q

Outline of Annual Research Achievements

STAT1の機能獲得型（GOF）変異は、慢性の皮膚粘膜カンジダ感染（CMC）を主要症状とするが、一部のSTAT1-GOF変異では、多腺性内分泌不全症などの複合型免疫不全症を合併する重症例が存在する。前年度までの研究において、重症の臨床像を呈するT385M変異、および本疾患の好発変異であるR274変異の症例を同定した。本邦で同定されたT385M変異の2症例は臨床的に重症度が異なっており、同一変異でも重症度の差が判明した。重症化する因子を同定するために、IFN-γ刺激による特異的な遺伝子発現を検討した。健常者、患者3例（T385M変異：2例, R274Q変異：1例）の末梢血から分離した、CD3+CD4+ヘルパーT細胞、CD3+CD8+キラーT細胞をIFN-γで刺激し、刺激後の網羅的な遺伝子発現プロファイルをRNA-Seqで解析した。その結果、重症のT385M変異症例では、IFNγ刺激により過剰なISG（Interferon-stimulated genes）の発現増強を認めた。一方で、軽症のT385M変異症例とR274Q変異は、ISGの発現増強を認めず、類似した遺伝子発現プロファイルを示していたが、特定の遺伝子発現に明確な関連を見いだせなかった。
次に、T385M変異がDNA結合ドメインに存在することに着目し、STAT1が本来の標的配列（GAS, ISRE配列）以外のDNA配列に結合することで重症化をもたらすことを推測した。前述のCD3+CD4+ヘルパーT細胞、CD3+CD8+キラーT細胞に対し、クロマチン免疫シーケンス解析（ChIP-Seq解析）を行ったところ、T385M変異に特有と考えられるいくつかのDNA配列が同定された。次に、同定されたDNA配列に対しゲルシフトアッセイを行いSTAT1の結合状態を確認したが、T385 M変異とR274 Q変異間で差異を認めなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

重症化する高頻度変異であるT385M変異を２症例同定するとともに、その臨床像において同一変異でも重症度が異なることを明らかとすることができた。IFN-γの刺激により発現する、特異的な遺伝子プロファイルを同定しようと試みたが、ISG（Interferon-stimulated genes）と呼ばれる一連の遺伝子群の発現が過剰となることが示されたが明確な関連は見いだせず症例の集積が必要であった。また、ChIP-Seq解析におより通常のSTAT1の新規の標的DNA配列を同定し、そのDNA配列に対するSTAT1の結合をゲルシフトアッセイで評価したが、これらの配列への特異的な結合は認められなかった。2例のみでは今回行った研究の評価が難しく新たな症例の収集が必要である。今後は、JAK阻害剤使用下での発現プロファイルの検討を行うことや、脱リン酸化障害のメカニズムの検討を考案している。

Strategy for Future Research Activity

近年、STAT1のDNA結合ドメインに存在するSTAT1-GOF変異がより重篤な臨床症状を呈することが明らかとなっており、これらの重症例への骨髄移植成功例やJAK阻害薬の有効性が報告されている。自己免疫疾患を合併するT385M変異症例においても、JAK阻害薬が有用性が報告されている。JAK阻害剤により、Th1細胞などの過剰な免疫応答を抑制することや、NK細胞の機能の正常化、IL-17A産生障害の改善が推測されている。T385M患者由来の細胞をJAK阻害剤の存在下でIFN-γで刺激し、RNA-Seqによる網羅的遺伝子発現プロファイルの解析を行う。特に、JAK阻害剤の有無で変化する遺伝子群に着目して解析を行う。
これらに並行して、STAT1のGOF変異は脱リン酸化障害を基盤としていることに着目し、T385 M変異における脱リン酸化酵素の活性の検討を行う。我々はSTAT1-GOF変異が特定の脱リン酸化に抵抗性を示すことに関する検討を行っている。T385M変異における脱リン酸化酵素の抵抗性について検討を行い、特定の酵素の模索を行う。

Causes of Carryover

IFN-γ刺激により特異的な遺伝子発現プロファイルを模索したが、2症例において遺伝子発現に明確な関連を見いだせなかった。新たな症例が集積できず、他症例との比較検討を行うことができなかった。
次年度はJAK阻害剤の存在下でIFN-γで刺激に対する、患者細胞の網羅的遺伝子発現プロファイルの解析を行い、T385M変異症例における重篤な感染症、自己免疫疾患の発症に関与する分子群を絞り込む。並びに、STAT1-GOF変異は脱リン酸化障害を示すことに着目し、T385 M変異の重症化メカニズムを解明する。STAT1-GOF変異が特定の脱リン酸化酵素に対し抵抗性を示す結果を得ており、T385 M変異に関する脱リン酸化障害の検討を行う。特定の脱リン酸化酵素を絞り込むことで、脱リン酸化障害と重症化のメカニズムを解明する。

Research Products

• [Journal Article] Autosomal recessive complete STAT1 deficiency caused by compound heterozygous intronic mutations (2020)
  • Author(s): Sakata S, Tsumura M, Matsubayashi T, Karakawa S, Kimura S, Tamaura M, Okano T, Naruto T, Mizoguchi Y, Kagawa R, Nishimura S, Imai K, Le Voyer T, Casanova JL, Bustamante J, Morio T, Ohara O, Kobayashi M, Okada S.
  • Journal Title: Int Immunol Volume: 30;32(10) Pages: 663-671.
  • DOI: 10.1093/intimm/dxaa043.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research