IL-15-producing microenvironment supporting innate lymphoid cells and its role in diseases

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03501
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 生田 宏一 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 教授 (90193177)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 榛葉 旭恒 京都大学, 医学研究科, 助教 (30812242) ; 谷一 靖江 京都大学, 医学研究科, 特定講師 (50432331) ; 崔 广為 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 助教 (70791276)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 自然免疫 / サイトカイン / 微小環境 / IL-15 / 腫瘍免疫

Outline of Annual Research Achievements

自然リンパ球、NK細胞、NKT細胞などの自然免疫系リンパ球は、感染免疫応答、抗腫瘍免疫、炎症免疫疾患などにおいて重要な働きをしている。自然免疫系リンパ球の分化・維持・機能にはIL-15が必須であるが、どの細胞が作るIL-15に依存するのかという問題は未解決である。本研究は、独自に作製した細胞特異的IL-15欠損マウスを用いて、NK細胞とNKT細胞の分化・維持・機能を支える骨髄と胸腺のIL-15産生性免疫微小環境を同定し、その感染防御・抗腫瘍免疫・慢性炎症における機能を明らかにする。そのために、Ａ.自然免疫系リンパ球を支える骨髄IL-15産生性微小環境の同定と病態における役割、Ｂ.胸腺IL-15産生性微小環境に依存する新規iNKT細胞の機能と病態における役割、の２つの研究項目について研究を推進した。
骨髄で分化するNK細胞については、NK細胞のレポーターマウス（Ncr1-Cre R26R-tdTomato）を用いて、第１世代Cubic法にて透明化を施した後で免疫染色をおこない、広域で深部にわたる骨髄NK細胞のイメージングに成功し、骨髄内で散在性のNK細胞とクラスターを形成するNK細胞の２種類の集団が存在することを明らかにした。今後は、ケモカインの関与などNK細胞クラスターを形成する機構の解明をおこなう。胸腺で分化するiNKT細胞については、胸腺IL-15欠損マウスにメラノーマ細胞を移入し肺転移巣を解析した結果、転移巣が増加していたことから、新規CD244陽性iNKT細胞が分泌するIFN-gがNK細胞を活性化して、腫瘍細胞の排除に重要な働きをすることを明らかにした。今後は、脂肪組織におけるCD244陽性iNKT細胞の機能を解析するとともに、このCD244陽性iNKT細胞のヒトにおける相同集団を解析し、新規CD244陽性iNKT細胞の免疫系における機能を統一的に理解する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究項目Ａ. 自然免疫系リンパ球を支える骨髄IL-15産生細胞の同定：NK細胞のレポーターマウス（Ncr1-Cre R26R-tdTomato）を用いて、第１世代Cubic法にて透明化を施した後で免疫染色をおこない、広域で深部にわたる骨髄NK細胞のイメージングに成功し、骨髄内で散在性のNK細胞とクラスターを形成するNK細胞の２種類の集団が存在することを明らかにした。また、NK細胞の発生に重要なIL-15を供給する血液細胞を同定するために、骨髄から単球・好中球・B細胞を単離しNK細胞と共培養してその生存を解析した。その結果、NK細胞は単球と共培養した場合に強く生存が促進されたが、IL-15欠損単球と共培養するとその効果が失われた。従って、単球が産生するIL-15がNK細胞の発生に重要な働きをしていることが示唆された。
研究項目Ｂ. 新規iNKT細胞の肺における抗腫瘍免疫における役割：予備的結果から、CD244陽性iNKT細胞が肺に多いこと、IFN-gを強く発現することがわかっている。B16F10メラノーマの肺転移（播種）モデルにおいて、iNKT細胞が分泌するIFN-gがNK細胞を活性化して、腫瘍細胞の排除に重要な働きをする。そこで、肺のCD244陽性iNKT細胞が減少する胸腺IL-15欠損マウスにメラノーマ細胞を移入し、肺転移巣の数を解析した。その結果、胸腺IL-15欠損マウスにおいては転移巣が増加していた。以上の実験から、新規CD244陽性iNKT細胞が分泌するIFN-gがNK細胞を活性化して、腫瘍細胞の排除に重要な働きをすることを明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

研究項目Ａ：すでにNK細胞のレポーターマウスを用いて、第１世代Cubic法にて透明化を施した後で免疫染色をおこない、広域で深部にわたる骨髄NK細胞の局在情報を処理する実験系を確立した。独自に取得したNK細胞の遺伝子発現プロファイルから、NK細胞の局在に関与する分子としてケモカイン受容体CXCR3、CXCR4、CCR1を候補として絞りこんでいる。そこで、ケモカインの阻害剤や阻害抗体を投与したマウスにおいて、NK細胞クラスターに変化が見られるか定量的に解析する。
研究項目Ｂ：予備的結果から、CD244陽性iNKT細胞が脂肪組織に多いこと、IFN-gを強く発現することがわかっている。iNKT細胞が分泌するIFN-gにより慢性炎症が誘導され、脂肪蓄積が亢進する可能性が考えられる。そこで、脂肪組織のCD244陽性iNKT細胞が減少する胸腺IL-15欠損マウスに高脂肪食を与え、体重の増加を指標として肥満の進行を解析する。また、脂肪組織を組織染色し脂肪の拡大や炎症性細胞の浸潤を、糖負荷テストをおこない耐糖能を解析する。以上の実験から、CD244陽性iNKT細胞が肥満発症を促進させるかを検証する。
ヒト末梢血中のiNKT細胞の一部もCD244を発現している。ヒトのCD244陰性iNKT細胞とCD244陽性iNKT細胞の性状の違いを明らかにするため、それぞれの集団における分化・機能に重要な因子の発現をフローサイトメトリーにて解析する。特に、マウスCD244陽性iNKT細胞が高発現しているIFN-g、グランザイム、インテグリンに注目して評価する。さらに、ヒト末梢血からCD244陰性とCD244陽性 iNKT細胞を採取し、digital RNA-seqを行う。得られたデータセットを用いてPCA解析、GSEA解析、Pathway解析などにより遺伝子発現を網羅的に解析する。

Research Products

• [Journal Article] High-throughput identification and quantification of single bacterial cells in the microbiota (2022)
  • Author(s): Jin, J., Yamamoto, R., Takeuchi, T., Cui, G., Miyauchi, E., Hojo, N., Ikuta, K., Ohno, H., and Shiroguchi, K.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 13 Pages: 863
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28426-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prolonged high-intensity exercise induces fluctuating immune responses to herpes simplex virus infection via glucocorticoids (2021)
  • Author(s): Adachi, A., Honda, T., Dainichi, T., Egawa, G., Yamamoto, Y., Nomura, T., Nakajima, S., Otsuka, A., Maekawa, M., Mano, N., Koyanagi, N., Kawaguchi, Y., Ohteki, T., Nagasawa, T., Ikuta, K., Kitoh, A., and Kabashima, K.
  • Journal Title: J. Allergy Clin. Immunol. Volume: 148 Pages: 1575-1588.e7
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2021.04.028
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fate of adipocyte progenitors during adipogenesis in mice fed a high-fat diet. (2021)
  • Author(s): Bilal, M., Nawaz, A., Kado, T., Aslam, M. R., Igarashi, Y., Nishimura, A., Watanabe, Y., Kuwano, T., Liu, J., Miwa, H., Era, T., Ikuta, K., Imura, J., Yagi, K., Nakagawa, T., Fujisaka, S., and Tobe, K.
  • Journal Title: Mol. Metab. Volume: 54 Pages: 101328
  • DOI: 10.1016/j.molmet.2021.101328
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The roles of IL-7 and IL-15 in niches for lymphocyte progenitors and immune cells in lymphoid organs (2021)
  • Author(s): Ikuta, K., Hara, T., Abe, S., Asahi, T., Takami, D., and Cui, G.
  • Journal Title: Curr. Top. Microbiol. Immunol. Volume: 434 Pages: 83-101
  • DOI: 10.1007/978-3-030-86016-5_4
• [Journal Article] Lymph node stromal cells: diverse meshwork structures weave functionally subdivided niches (2021)
  • Author(s): Takeuchi, A., Ozawa, M., Cui, G., Ikuta, K., and Katakai, T.
  • Journal Title: Curr. Top. Microbiol. Immunol. Volume: 434 Pages: 103-121
  • DOI: 10.1007/978-3-030-86016-5_5
• [Journal Article] IL-4 producing Vg1+/Vd6+ gd T cells sustain germinal center reactions in Peyer's patches of mice (2021)
  • Author(s): Ullrich, L., Lueder, Y., Juergens, A.-L., Wilharm, A., Barros-Martins, J., Bubke, A., Demera, A., Ikuta, K., Patzer, G. E., Janssen, A., Sandrock, I., Prinz, I., and Rampoldi, F.
  • Journal Title: Front. Immunol. Volume: 12 Pages: 729607
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.729607
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 胎児肝臓に由来する1型自然リンパ球の同定 (2021)
  • Author(s): 旭拓真、阿部真也、崔広為、榛葉旭恒、生田宏一
  • Organizer: Kyoto T Cell Conference 第30回学術集会
• [Presentation] ストレスはグルココルチコイドを介してTh17細胞の分化を促進し腸炎を増悪させる (2021)
  • Author(s): 榛葉旭恒、生田宏一
  • Organizer: Kyoto T Cell Conference 第30回学術集会
• [Presentation] ステロイドホルモンによる免疫機能とアレルギーの制御 (2021)
  • Author(s): 生田宏一、榛葉旭恒、江島亜希
  • Organizer: 日本アレルギー学会学術集会
  • Invited