Analysis of the molecular mechanism for immunosuppression in malignant infectious diseases of livestock and the development of a novel control method

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19KK0172
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 今内 覚 北海道大学, 獣医学研究院, 准教授 (40396304)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前川 直也 北海道大学, 獣医学研究院, 特任助教 (70829035) ; 岡川 朋弘 北海道大学, 獣医学研究院, 特任助教 (80829036)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2023-03-31
• Keywords: 家畜悪性感染症 / 免疫破綻 / 免疫疲弊化 / 免疫チェックポイント / マダニ

Outline of Annual Research Achievements

家畜やヒトの外部寄生虫であるマダニは、吸血により家畜の生産効率を低下させたり人獣共通感染症を含む多くの重要な感染症の病原体を媒介するため世界各国で対策が重要視されている。マダニによって媒介される牛の悪性感染症には、バベシア原虫やタイレリア原虫の感染によるピロプラズマ病、リケッチア感染症であるアナプラズマ病などがあり日本の監視伝染病のうち、極めて重要な疾病として法定伝染病に指定されている。ピロプラズマ病およびアナプラズマ病に対する有効なワクチンはなく、世界中で甚大な被害を与え続けている。こららの起因病原体は、オウシマダニをはじめとするマダニによって媒介されることからマダニの駆除が最も重要である。しかし現在のところ、マダニに対する効果的な防除法は十分には確立していない。マダニに対する防除法として、駆虫剤（殺ダニ剤）による駆除が一般的であるが、殺マダニ効果には限界があり、コストの面の問題に加え使用薬剤に対する耐性マダニの出現、薬剤散布による環境汚染、畜産製品への薬剤残留など多くの問題点が指摘されている。そこで今年度は、マダニによる病原体伝播機序の解明と新規制御法の開発を目的にブラジル・リオグランデドスール連邦大学と共同研究を行った。また、抗マダニワクチンの開発のためにブラジルに分布するマダニと日本固有のマダニ間の遺伝子比較解析を実施し、共同研究の基礎データーを収集し、マダニの恒常性維持に関与する共通抗原を標的にした新規制御法の共同研究も実施した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では、免疫チェックポイント因子であるPD-1及びPD-L1に着目して、オウシマダニ由来唾液が引き起こす免疫抑制との関連を解析した。まず、試験管内 (in vitro) においてウシの免疫細胞とオウシマダニ由来の唾液を培養したところ、PD-1及びPD-L1の発現が誘導されることが明らかとなった。さらに解析した結果、マダニの唾液がT細胞の活性化及びサイトカインの産生を抑制すること、抗PD-L1抗体を用いてPD-1/PD-L1経路を阻害するとマダニの唾液によるサイトカイン産生の抑制が観察されなくなることを明らかにした。また、マダニ唾液を性状解析した結果、免疫チェックポイント因子の発現上昇に関与することが知られている生理活性物質プロスタグランジンE2 (PGE2) が高濃度に含まれていることが明らかとなりました。PGE2をCOX2インヒビターやEP4に対するアンタゴニストによって抑制することで免疫応答が回復することも確認された。今回のオウシマダニの唾液の免疫学的解析により、マダニがPD-1/PD-L1経路を介して宿主の免疫応答を抑制していることが初めて証明された。本研究で得られた知見は、マダニ媒介性病原体の伝播機序の解明やマダニに対する新規制御法への応用が期待される。

Strategy for Future Research Activity

本研究成果は、マダニ由来唾液による免疫回避にPD-1/PD-L1経路が関与していることを証明した世界で初めての報告となった。オウシマダニにおけるPGE2合成経路の阻害が、吸血、産卵及び病原体伝播に与える影響等を詳細に解析することで、新規制御法としての可能性を評価していきたい。また，同様の作用は他のマダニでも推測され、最近問題となっている様々なマダニ媒介疾病の病原体の伝播機序の解明に寄与することが期待される。

Causes of Carryover

2020年度の研究が順調に進み、現在更なる解析結果待ちである。解析結果次第では、2021年度に予定している研究計画に追加で試薬を購入し、追加試験を実施する必要が生じたため。

Research Products

• [Int'l Joint Research] リオグランデドスール連邦大学/リオデジャネイロ連邦大学(ブラジル)
  • Country Name: BRAZIL
  • Counterpart Institution: リオグランデドスール連邦大学/リオデジャネイロ連邦大学
• [Int'l Joint Research] 国際家畜研究所(ケニア)
  • Country Name: KENYA
  • Counterpart Institution: 国際家畜研究所
• [Int'l Joint Research] モンゴル生命科学大学(モンゴル)
  • Country Name: MONGOLIA
  • Counterpart Institution: モンゴル生命科学大学
• [Journal Article] Prostaglandin-related immune suppression in cattle (2021)
  • Author(s): Sajiki Y, Konnai S, Ikenaka Y, Okagawa T, Maekawa N, Logullo C, da Silva Vaz Jr I, Murata S, Ohashi K.
  • Journal Title: Vet Immunol Immunopath. Volume: in press Pages: in press
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cross-species reactivity of antibodies against Ixodes persulcatus ferritin 2 to Rhipicephalus microplus (2021)
  • Author(s): Xavier AM, Konnai S, Parizi FP, Githaka WN, Isezaki M, Goto S, Fujisawa S, Yamada S, Okagawa T, Maekawa N, Logullo C, Silva Vaz J r I, Murata S, Ohashi K.
  • Journal Title: Jpn J Vet Res. Volume: 69(1) Pages: 57 - 65
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Intrauterine infection with Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis in pregnant cattle diagnosed with Johne’s disease (2021)
  • Author(s): Taniguchi Y, Konnai S, Sakakibara S, Yamamoto A, Okagawa T, Maekawa N, Murata S, Ohashi K.
  • Journal Title: Jpn J Vet Res. Volume: 69(1) Pages: 51 - 55
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Role of Saliva in Arthropod-Host-Pathogen Relationships (2021)
  • Author(s): Tirloni L, Calvo E, Konnai S, da Silva Vaz I Jr.
  • Journal Title: Front Cell Infect Microbiol. Volume: 10 Pages: 630626
  • DOI: 10.3389/fcimb.2020.630626.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Direct evidence of the preventive effect of milk replacer-based probiotic feeding in calves against severe diarrhea (2021)
  • Author(s): Kayasaki F, Okagawa T, Konnai S, Kohara J, Sajiki Y, Watari K, Ganbaatar O, Goto S, Nakamura H, Shimakura H, Minato E, Kobayashi A, Kubota M, Terasaki N, Takeda A, Noda H, Honma M, Maekawa N, Murata S, Ohashi K.
  • Journal Title: Vet Microbiol. Volume: 254 Pages: 108976
  • DOI: 10.1016/j.vetmic.2020.108976.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tick saliva-induced programmed death-1 and PD-ligand 1 and its related host immunosuppression (2021)
  • Author(s): Sajiki Y, Konnai S, Ikenaka Y, Gulay KCM, Kobayashi A, Parizi LF, Joro BC, Watari K, Fujisawa S, Okagawa T, Maekawa N, Logullo C, da Silva Vaz I Jr, Murata S, Ohashi K.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 11(1) Pages: 1063
  • DOI: 10.1038/s41598-020-80251-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The enhancement of Th1 immune response by anti-PD-L1 antibody in cattle infected with Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (2021)
  • Author(s): Sajiki Y, Konnai S, Nagata R, Kawaji S, Nakamura H, Fujisawa S, Okagawa T, Maekawa N, Kato Y, Suzuki Y, Murata S, Mori Y, Ohashi K.
  • Journal Title: J Vet Med Sci. Volume: 83(2) Pages: 162-166
  • DOI: 10.1292/jvms.20-0590.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Clinical efficacy of the combined treatment of anti-PD-L1 rat-bovine chimeric antibody with a COX-2 inhibitor in calves infected with Mycoplasma bovis (2020)
  • Author(s): Goto S, Konnai S, Hirano Y, Kohara J, Okagawa T, Maekawa N, Sajiki Y, Watari K, Minato E, Kobayashi A, Gondaira S, Higuchi H, Koiwa M, Tajima M, Taguchi E, Ishida M, Uemura R, Yamada S, Kaneko M, Kato Y, Yamamoto K, Toda M, Suzuki Y, Murata S, Ohashi K.
  • Journal Title: Jpn J Vet Res. Volume: 68(2) Pages: 77 - 90
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhanced Immunotherapeutic Efficacy of Anti-PD-L1 Antibody in Combination with an EP4 Antagonist. (2020)
  • Author(s): Sajiki Y, Konnai S, Cai Z, Takada K, Okagawa T, Maekawa N, Fujisawa S, Kato Y, Suzuki Y, Murata S, Ohashi K.
  • Journal Title: Immunohorizons Volume: 4(12) Pages: 837-850
  • DOI: 10.4049/immunohorizons.2000089.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Suppression of Th1 Response by Inducing TGF-β1 From Regulatory T Cells in Bovine Mycoplasmosis (2020)
  • Author(s): Sajiki Y, Konnai S, Goto S, Okagawa T, Ohira K, Shimakura H, Maekawa N, Gondaira S, Higuchi H, Tajima M, Hirano Y, Kohara J, Murata S, Ohashi K.
  • Journal Title: Front Vet Sci. Volume: 7 Pages: 609443
  • DOI: 10.3389/fvets.2020.609443.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PD-L1 expression in equine malignant melanoma and functional effects of PD-L1 blockade (2020)
  • Author(s): Ganbaatar O, Konnai S, Okagawa T, Nojima Y, Maekawa N, Minato E, Kobayashi A, Ando R, Sasaki N, Miyakoshi D, Ichii O, Kato Y, Suzuki Y, Murata S, Ohashi K.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 15(11) Pages: e0234218
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0234218.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification and functional analysis of ferritin 2 from the Taiga tick Ixodes persulcatus Schulze (2020)
  • Author(s): Githaka NW, Konnai S, Isezaki M, Goto S, Xavier MA, Fujisawa S, Yamada S, Okagawa T, Maekawa N, Logullo C, da Silva Vaz I Jr, Murata S, Ohashi K.
  • Journal Title: Ticks Tick Borne Dis. Volume: 11(6) Pages: 101547
  • DOI: 10.1016/j.ttbdis.2020.101547.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A TLR7 agonist activates bovine Th1 response and exerts antiviral activity against bovine leukemia virus (2020)
  • Author(s): Sajiki Y, Konnai S, Okagawa T, Maekawa N, Nakamura H, Kato Y, Suzuki Y, Murata S, Ohashi K.
  • Journal Title: Dev Comp Immunol. Volume: 114 Pages: 103847
  • DOI: 10.1016/j.dci.2020.103847.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development and Characterization of Anti-Sheep Podoplanin Monoclonal Antibodies PMab-253 and PMab-260 (2020)
  • Author(s): Kaneko MK, Sano M, Takei J, Asano T, Sayama Y, Hosono H, Kobayashi A, Konnai S, Kato Y.
  • Journal Title: Monoclon Antib Immunodiagn Immunother. Volume: 39(4) Pages: 144-155
  • DOI: 10.1089/mab.2020.0018.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 牛白血病の病態発生機序解析を基盤とする新制御法の試み (2020)
  • Author(s): 今内 覚, 岡川朋弘, 前川直也, 村田史郎, 大橋和彦
  • Journal Title: 畜産技術 Volume: 784) Pages: 36 - 40
• [Presentation] 子牛の下痢症に対する発酵代用乳の腸炎抑制効果の検証 (2020)
  • Author(s): 今内 覚
  • Organizer: 令和2年度獣医療提供体制整備推進総合対策事業：新規獣医師臨床研修促進事業
  • Invited
• [Presentation] 家畜の慢性感染症制御の難しさ ～免疫から逃れる病原体たち～ (2020)
  • Author(s): 今内 覚
  • Organizer: 令和2年度獣医療提供体制整備推進総合対策事業：新規獣医師臨床研修促進事業
  • Invited
• [Presentation] 牛伝染性リンパ腫(旧名：牛白血病) の最新知見 北海道大学による臨床検査診断結果に基づく実践的対策の紹介 (2020)
  • Author(s): 今内 覚
  • Organizer: 令和2年家畜診療等技術北海道地区研修会
  • Invited
• [Presentation] 動物用バイオ医薬品実用化を可能とする大量生成技術の構築 (2020)
  • Author(s): 今内 覚
  • Organizer: イノベーション創出強化研究推進事業研究紹介2020
• [Presentation] Characterization and functional analysis of swine PD-1 /PD-L1 pathway (2020)
  • Author(s): Ganbaatar O, Konnai S, Okagawa T, Nojima Y, Maekawa N, Minato E, Kobayashi A, Ando R, Sasaki N, Miyakoshi D, Ichii O, Kato Y, Suzuki Y, Murata S, Ohashi K.
  • Organizer: Sapporo Summer Symposium for One Health 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enhanced immune efficacy of anti-Cytotoxic T Lymphocyte Antigen 4 chimeric antibody by combination with Programmed Death Ligand 1 blockade (2020)
  • Author(s): Watari K, Konnai S, Okagawa T, Maekawa N, Suzuki Y, Murata S, Ohashi K.
  • Organizer: Sapporo Summer Symposium for One Health 2020
  • Int'l Joint Research
• [Book] 主要症状を基礎にした牛の臨床３ (担当:分担執筆, 範囲:トリパノソーマ病、悪性カタル熱) (2020)
  • Author(s): 今内 覚 他
  • Total Pages: 546
  • Publisher: デーリィマン社
• [Remarks] Probiotics keep calves healthy, too!
  • URL: https://www.global.hokudai.ac.jp/blog/probiotics-keep-calves-healthy-too/
• [Remarks] プロスタグランジンE2を介した免疫チェックポイント阻害薬の新たな耐性獲得機構の解明
  • URL: https://www.hokudai.ac.jp/news/pdf/201222_pr.pdf
• [Remarks] マダニ唾液が免疫チェックポイント因子の発現を誘導～マダニ媒介性病原体の伝播機序の解明に期待～
  • URL: https://www.hokudai.ac.jp/news/pdf/210114_pr3.pdf
• [Remarks] Deeper insight into how tick suppresses immunity
  • URL: https://www.global.hokudai.ac.jp/blog/deeper-insight-into-how-tick-spit-suppresses-cattle-immunity/
• [Remarks] プロバイオティクスで子牛を下痢から守る～発酵哺乳飼料による子牛の腸炎防御効果を証明～
  • URL: https://www.hokudai.ac.jp/news/pdf/210118_pr.pdf