プロテアソーム機能異常により惹起される免疫病態の分子基盤の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K19384
• Research Institution: Wakayama Medical University
• Principal Investigator: 改正 恒康 和歌山県立医科大学, 先端医学研究所, 教授 (60224325)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金澤 伸雄 兵庫医科大学, 医学部, 教授 (90343227)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: プロテアソーム / タンパク質分解 / 自己炎症 / 自己炎症

Outline of Annual Research Achievements

プロテアソームサブユニットβ1iのアミノ酸置換を引き起こすヘテロ接合性遺伝子バリアント（β1i p.G156D）が、免疫不全と自己炎症を併発する独立した2症例に共通して検出された。このアミノ酸はメダカ、サメからマウス、ヒトに至るまで保存されていること、βサブユニットが会合して形成されるβリングの接合面に位置することから、重要な機能を担うと考えられた。このバリアントを有するマウスを樹立し、その解析を進めている。β1i G156Dヘテロ変異マウスの線維芽細胞においては、β1iの成熟（タンパク質切断）が障害され、プロテアソーム活性は20Sでは低下していたが、26Sではほぼ正常であった。プロテアソームの活性低下に伴って通常ユビキチンの蓄積が認められるが、β1i G156Dヘテロ変異マウス由来の線維芽細胞ではほとんど認められなかった。また、β1i G156Dヘテロ変異マウスは、免疫学的には、T細胞、B細胞、樹状細胞が減少し、血中免疫グロブリンレベルも低下していたが、好中球、単球は脾臓、骨髄において増加していた。さらにβ1i G156Dホモ変異マウスを解析したところ、T細胞、B細胞、樹状細胞はほぼ完全に欠失していた。このようにヘテロ変異マウスよりも重篤な免疫不全が認められたものの、β1i G156Dヘテロ変異マウスの線維芽細胞では、プロテアソームの活性はやはり20Sでのみ低下していて、26Sではほぼ正常であり、ユビキチンの蓄積もほとんど認められなかった。これらのマウスの所見は、症例にも認められることから、β1i p.G156Dが疾患の原因遺伝子バリアントであることが強く示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

プロテアソームサブユニットの新規遺伝子バリアントを導入したマウスの解析を進め、患者のプロテアソーム活性障害、免疫不全病態を再現させることができた。興味深いことに、この病態は、従来の自己炎症性疾患、プロテアソーム関連自己炎症症候群の病態と異なり、プロテアソーム活性障害が軽度であるにもかかわらず免疫不全を呈する点で、プロテアソーム関連自己炎症症候群と似て非なることが明らかになった。この結果から、免疫不全を伴うプロテアソーム関連自己炎症症候群という新たな疾患概念を提唱することができた。また、当初期待したように、単なるプロテアソーム活性低下では説明できない異常が生じていることがわかってきたので、プロテアソームにより制御される新たな免疫制御機構が明らかになることが期待されてきている。

Strategy for Future Research Activity

プロテアソームサブユニットの新規遺伝子バリアントを導入したマウスにおいて異常を呈した細胞系列において、どの分化段階でどのような分子基盤の異常が生じているのかさらに解析を進める。B細胞では、数の減少と共に形質細胞への分化における異常が分かってきて、in vivoばかりでなくin vitro実験系でもその異常が再現させることができた。B細胞自身の異常であることが示唆されており、この実験系を基に、遺伝子、タンパク質レベルでの変動の解析を進め、標的となる機能分子群の同定を進める。樹状細胞においても、サブセット解析により分化異常の偏りが明らかになり、in vitro実験系でその異常を再現させることができた。樹状細胞は、造血幹細胞から分化していく過程で、好中球や単球への分化能を順次失いながら最終的に樹状細胞へと運命づけられる。この分化段階の各過程の解析を進め、異常を示す分化段階、機能分子群の同定を進める。一方、好中球、単球は数の上では増加しているが、どのようなサブセット、あるいは分化段階の細胞が増加しているのか組織ごとに比較しながら解析を進めていく。

Causes of Carryover

順調に研究は遂行されており、今までの結果に基づき、研究を進めている状況にある。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of New South Wales/The University of Western Australia(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: University of New South Wales/The University of Western Australia
• [Int'l Joint Research] Indiana University/H. Lee Moffitt Cancer Center(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Indiana University/H. Lee Moffitt Cancer Center
• [Int'l Joint Research] Ludwig Maximilians Universitat Munchen(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Ludwig Maximilians Universitat Munchen
• [Journal Article] Immunogenic tumor cell death promotes dendritic cell migration and inhibits tumor growth via enhanced T cell immunity (2021)
  • Author(s): T. Moriya, K. Kitagawa, Y. Hayakawa, H. Hemmi, T. Kaisho, S. Ueha, R. Ikebuchi, I. Yasuda, Y. Nakanishi, T. Honda, K. Matsushima, K. Kabashima, M. Ueda, Y. Kusumoto, T. Chtanova, M. Tomura.
  • Journal Title: iScience Volume: 24 Pages: 102424
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102424
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Augmentation of STING-induced type I interferon production in COPA syndrome (2021)
  • Author(s): T. Kato, M. Yamamoto, T. Orimo, I. Sasaki, K. Murakami, H. Hemmi, Y. Fukuda-Ohta, K. Isono, S. Takayama, H. Nakamura, Y. Otsuki, T. Miyamato, J. Takita, T. Yasumi, R. Nishikomori, T. Matsubayashi, K. Izawa, T. Kaisho
  • Journal Title: Arthritis Rheumatol Volume: 73 Pages: 2105-2115
  • DOI: 10.1002/art.41790
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The inhibitory receptor TIM-3 limits activation of the cGAS-STING pathway in intra-tumoral dendritic cells by suppressing extracellular DNA uptake (2021)
  • Author(s): A de Mingo Pulido, K. Hanggi, A. Gardner, J. Li, D. P. Celias, B. B. Bittencourt, E. Mohamed, J. T. Tinoco, O. Osunmakinde, R. Pena, T. Kaisho, J. Kaufmann, K. McEachern, H. Soliman, V. C. Luca, P. C. Rodriguez, X. Yu, B. Ruffell
  • Journal Title: Immunity Volume: 54 Pages: 1154-1167
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2021.04.019
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Type I interferon mediated induction of somatostatin leads to suppression of ghrelin and appetite thereby promoting viral immunity in mice (2021)
  • Author(s): S. Stutte, J. Ruf, I. Kugler, H. Ishikawa-Ankerhold, A. Blutke, P. Marconi, T. Maeda, T. Kaisho, A. Krug, B. Popper, H. Lauterbach, M. Colonna, U. von Andrian, T. Brocker
  • Journal Title: Brain Behav Immun Volume: 95 Pages: 429-443
  • DOI: 10.1016/j.bbi.2021.04.018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] IFNβ Is a Potent Adjuvant for Cancer Vaccination Strategies (2021)
  • Author(s): K. M. Audsley, T. Wagner, C. Ta, H. V. Newnes, A. C. Buzzai, S. A. Barnes, B. Wylie, J. Armitage, T. Kaisho, A. Bosco, A. McDonnell, M. Cruickshank, V. S. Fear, B. Foley, J. Waithman
  • Journal Title: Frontiers Immunol Volume: 12 Pages: 735133
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.735133
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heterozygous missense variant of the proteasome subunit β-type 9 causes neonatal-onset autoinflammation and immunodeficiency (2021)
  • Author(s): N. Kanazawa,et al.全著者32名中32番目
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 12 Pages: 6819
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27085-y.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] プロテアソーム機能不全による自己炎症. (2021)
  • Author(s): 改正恒康
  • Journal Title: 炎症と免疫 Volume: 29 Pages: 195-200
• [Presentation] がん免疫療法における抗原提示細胞の意義 (2021)
  • Author(s): 改正恒康
  • Organizer: 第25回日本がん免疫学会総会
  • Invited
• [Presentation] 自己炎症性疾患COPA症候群変異マウスにおけるSTINGシグナルの活性化 (2021)
  • Author(s): 加藤喬、折茂貴是、大田（福田）有里、西山奈央子、中井千尋、張江伊水、田中日向子、佐々木泉、村上康平、邊見弘明、本田吉孝、井澤和司、西小森隆太、改正恒康
  • Organizer: 第85回日本インターフェロン・サイトカイン学会学術集会
• [Presentation] XCR1陽性樹状細胞分化におけるプロテアソームの役割 (2021)
  • Author(s): 西山奈央子、佐々木泉、邊見弘明、改正恒康
  • Organizer: 第25回日本がん免疫学会総会
• [Presentation] XCR1+DCをターゲットにした whole-cell-vaccineの開発 (2021)
  • Author(s): 宮本篤、勝田将裕、宮澤基樹、北畑裕司、水本有紀、小林良平、尾島敏康、邊見弘明、戸村道夫、改正恒康、山上裕機
  • Organizer: 第25回日本がん免疫学会総会
• [Presentation] 樹状細胞サブセット(XCRl+DC)への特異的送達によるがんペプチドワクチン療法 (2021)
  • Author(s): 水本有紀、勝田将裕、宮澤基樹、北畑裕司、宮本篤、中森幹人、松田健司、尾島敏康、邊見弘明、玉田耕治、改正恒康、山上裕機
  • Organizer: 第25回日本がん免疫学会総会
• [Presentation] 遺伝子改変マウスを用いたCOPA症候群の病態解明 (2021)
  • Author(s): 加藤喬、川野果歩、折茂貴是、大田（福田）有里、西山奈央子、中井千尋、佐々木泉、改正恒康
  • Organizer: 第89回和歌山医学会総会
• [Presentation] 自己炎症性疾患COPA症候群モデルマウスにおけるI型IFN症発症の分子基盤 (2021)
  • Author(s): 加藤喬、折茂貴是、大田（福田）有里、西山奈央子、中井千尋、佐々木泉、村上康平、邊見弘明、本田吉孝、井澤和司、大月寛郎、松林正、西小森隆太、改正恒康
  • Organizer: 第28回日本免疫毒性学会学術集会
• [Presentation] Unique location in the immunoproteasome complex of a variant causing proteasome-associated autoinflammatory syndrome with immunodeficiency (2021)
  • Author(s): N. Kanazawa, H. Hemmi, N. Kinjo, H. Ohnishi, J. Hamazaki, H. Mishima, A. Kinoshita, T. Mizushima, S. Murata, K. Yoshiura, T. Kaisho
  • Organizer: 第50回日本免疫学会総会
• [Presentation] Hyperactivation of STING-induced type I interferon pathway in dendritic cells from novel mice model for an autoinflammatory disease, COPA syndrome (2021)
  • Author(s): T. Kato, T. Orimo, Y. Fukuda-Ohta, I. Sasaki, H. Hemmi, Y. Honda, K. Izawa, R. Nishikomori, T. Kaisho
  • Organizer: 第50回日本免疫学会総会
• [Presentation] Impaired development of myeloid cells in proteasome subunit mutant mice (2021)
  • Author(s): H. Hemmi, T. Orimo, I. Sasaki, T. Kato, Y. Fukuda-Ohta, N. Kinjo, H. Ohnishi, N. Kanazawa, T. Kaisho
  • Organizer: 第50回日本免疫学会総会
• [Presentation] Sublingual dendritic cell (DC) - T cell clusters and distribution of DCs in the oral cavity (2021)
  • Author(s): Y. Kusumoto, T. Kaisho, H. Hemmi, T. Katakai, T. Honda, J. Kikuta, K. Kataoka, T. Moriya, M. Ishii, K. Kabashima, M. Tomura
  • Organizer: 第50回日本免疫学会総会
• [Presentation] COPA症候群の新規モデルマウスにおけるSTINGの活性化とT細胞の異常. Activation of STING and T cell abnormalities in a novel mouse model of COPA syndrome (2021)
  • Author(s): 加藤喬、折茂貴是、大田(福田)有里、西山奈央子、中井千尋、佐々木泉、村上康平、邊見弘明、本田吉孝、井澤和司、八角高裕、大月寛郎、松林正、西小森隆太、改正恒康
  • Organizer: 第5回日本免疫不全・自己炎症学会総会・学術集会
• [Presentation] Chemokine-medicated delivery of cancer peptide vaccine to a dendritic cell subset with high crosspresentation activity (2021)
  • Author(s): Y. Mizumoto, H. Hemmi, M. Katsuda, Y. Fukuda-Ohta, T. Orimo, I. Sasaki, K. Tamada, H. Yamaue, T. Kaisho
  • Organizer: The 27th International Symposium on Molecular Cell Biology of Macrophage (MMCB 2020+1)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Impaired monocyte and dendritic cell development in mice carrying a mutation identified from the proteasome-associated autoinflammation and immunodeficiency disease patient. (2021)
  • Author(s): H. Hemmi, T. Orimo, Naoko Nishiyama, T. Kato, T. Ozasa, I. Sasaki, H. Ohnishi, N. Kinjo, N. Kanzawa, T. Kaisho
  • Organizer: The 27th International Symposium on Molecular Cell Biology of Macrophage (MMCB 2020+1)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Interstitial Lung Disease and abnormal STING activation in COPA V242G heterozygous variant mice (2021)
  • Author(s): T. Kato, T. Orimo, Y. Fukuda-Ohta, N. Wakaki-Nishiyama, C. Nakai, I. Sasaki, K. Murakami, H. Hemmi, Y. Honda, K. Izawa, Y. Otsuki, T. Matsubayashi, R. Nishikomori, T. Kaisho
  • Organizer: IEIIS2021: 16th Meeting of the International Endotoxin and Innate Immunity Society (26tth Japanese Endotoxin and innate Immunity Society)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of innate immune cells in proteasome subunit mutant mice (2021)
  • Author(s): H. Hemmi, T. Orimo, I. Sasaki, T. Kato, Y. Fukuda-Ohta, N. Kinjo, H. Ohnishi, N. Kanzawa, T. Kaisho
  • Organizer: IEIIS2021: 16th Meeting of the International Endotoxin and Innate Immunity Society (26tth Japanese Endotoxin and innate Immunity Society)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 免疫不全を伴うプロテアソーム関連自己炎症症候群（遺伝性の炎症性疾患）の発見とそのモデルマウスの樹立
  • URL: https://www.wakayama-med.ac.jp/intro/press/r3/211207/07_menekifuzen.html
• [Remarks] COPA症候群（遺伝性の炎症性疾患）の病態を反映する新規モデルマウスを樹立
  • URL: https://www.wakayama-med.ac.jp/intro/press/r3/210628/28_seitai.html