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2022 Fiscal Year Research-status Report

喘息悪化を誘導するTxnipの新たな酸化ストレス除去機構の解明

Research Project

Project/Area Number 22K15484
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

小久保 幸太  千葉大学, 大学院医学研究院, 助教 (20907711)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
KeywordsMemory Th2細胞 / 酸化ストレス / Txnip / アレルギー性疾患 / 喘息
Outline of Annual Research Achievements

喘息をはじめとするアレルギー性疾患の患者数は先進国、発展途上国を問わず増加の一途をたどっている。アレルギー性疾患の発症・悪化には、抗原と反応したeffector Th2細胞からのmemory Th2細胞形成が主要な役割を果たしている。我々は今年度までに、酸化ストレス除去機構の制御因子であるTxnipがmemory Th2細胞形成を介して気道炎症病態を悪化させることを明らかにした。本研究ではTxnipがmemory Th2細胞形成を促進する分子メカニズムを明らかにすることで、アレルギー性疾患および喘息の新規治療法開発への分子基盤の構築を目指した。
本研究は、Txnipを研究対象として用いることで、これまで未解明であった「喘息の病態形成における酸化ストレス量制御の役割」を明らかにすることを目的とした。これまでの研究により我々は、Txnipが酸化ストレス除去に働き、アポトーシスを抑制することを発見している。また、Txnipがmemory Th2細胞形成を介して気道炎症病態を悪化させることも確認している。しかし、memory Th2細胞形成を促進するTxnipの酸化ストレス除去には、これまで報告されていた分子メカニズムが関与しないことが明らかになった。そこで、令和4年度においては、Txnipが酸化ストレス除去に働く新規分子メカニズムをSingle cell RNA-SeqやBulk RNA-Seq, ATAC-Seqを用いて解析した。Txnipが気道炎症病態に影響することは新たな発見であり、その分子メカニズムが明らかになることで、酸化ストレス量の制御機構を標的としたアレルギー性疾患の新規治療法開発につながる可能性があると考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

Txnipによる新規の酸化ストレス除去機構を探索するために、まずは遺伝子発現を解析した。具体的には、野生型Th2細胞とTxnip欠損Th2細胞を用いたsingle cell RNA-Seqを行った。memory Th2細胞の形成過程においては、effector Th2細胞様とmemory Th2細胞様の遺伝子発現パターンを示すTh2細胞が混在するため、細胞集団全体を用いた従来のRNA-Seqでは、どちらかの細胞集団内の変化のみを区別して検出することができない。しかし、single cell RNA-Seqを用いることで、memory Th2細胞形成を開始した細胞集団に限定して、Txnip欠損による遺伝子発現変動を単一細胞レベルで詳細に解析できた。そして、酸化ストレス除去を誘導する転写因子であるNrf2によって活性化する遺伝子発現パスウェイが、Txnip欠損Th2細胞で減弱していることを明らかにした。さらに、Txnip欠損Th2細胞でNrf2タンパク質の発現が低下していることも確認された。また、Nrf2の下流に存在する酸化ストレス除去タンパク質であるBlvrbが、Txnip欠損Th2細胞で発現低下していることが明らかになった。ATAC-Seqによる解析の結果、BlvrbはTxnip欠損Th2細胞においてエピジェネティックに発現抑制されていることも観察された。つまり、Txnip欠損Th2細胞においては、Nrf2のタンパク質発現が低下することでその下流のパスウェイの遺伝子発現が低下する。続いて、そのパスウェイに含まれるBlvrbがエピジェネティックに発現抑制されることで、細胞内の酸化ストレス量が上昇することが示唆された。

Strategy for Future Research Activity

今後は、上記の解析から検出された新規酸化ストレス除去機構の候補について、レトロウイルスによる遺伝子過剰発現系を用いて検討する。具体的には、Txnip欠損Th2細胞において発現変動していたBlvrbを含む酸化ストレス除去関連の遺伝子に関して、Nrf2などの上流の転写因子の中で発現低下していたものを過剰発現させて、Txnip欠損の表現型が回復するのか評価する。評価項目としては、memory Th2細胞の形成過程におけるTxnip欠損Th2細胞中の酸化ストレス量とアポトーシス(Annexin V+ 細胞の割合)を用いる。また、同様の遺伝子過剰発現系を、Blvrbを含む酸化ストレス除去関連の遺伝子に対しても行うことで、より詳細に分子メカニズムを検討する。
過剰発現させることで酸化ストレス量の減少とアポトーシスの減弱を誘導した遺伝子については、続けてmemory Th2細胞形成への影響も検討する。具体的には、当該の遺伝子を過剰発現させたTxnip欠損effector Th2細胞をマウスへと移入して、memory Th2細胞形成が完了する約4週間後に各組織中のmemory Th2細胞数を測定する。遺伝子の過剰発現によってTxnip下流の新規酸化ストレス除去機構が活性化することで、Txnip欠損Th2細胞で観察されていたmemory Th2細胞数の減少が回復することが期待される。

  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Characterization of eosinophils and natural killer cells in nasal polyps and peripheral blood in eosinophilic chronic rhinosinusitis patients2023

    • Author(s)
      Tsuji Kaori、Aoki Ami、Onodera Atsushi、Kiuchi Masahiro、Kokubo Kota、Morimoto Yuki、Iinuma Tomohisa、Hanazawa Toyoyuki、Nakayama Toshinori、Hirahara Kiyoshi
    • Journal Title

      Allergology International

      Volume: 72 Pages: 335~338

    • DOI

      10.1016/j.alit.2022.11.009

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thioredoxin-interacting protein is essential for memory T cell formation via the regulation of the redox metabolism2023

    • Author(s)
      Kokubo Kota、Hirahara Kiyoshi、Kiuchi Masahiro、Tsuji Kaori、Shimada Yuki、Sonobe Yuri、Shinmi Rie、Hishiya Takahisa、Iwamura Chiaki、Onodera Atsushi、Nakayama Toshinori
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 120 Pages: e2218345120

    • DOI

      10.1073/pnas.2218345120

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Conventional and pathogenic Th2 cells in inflammation, tissue repair, and fibrosis2022

    • Author(s)
      Kokubo Kota、Onodera Atsushi、Kiuchi Masahiro、Tsuji Kaori、Hirahara Kiyoshi、Nakayama Toshinori
    • Journal Title

      Frontiers in Immunology

      Volume: 13 Pages: 945063

    • DOI

      10.3389/fimmu.2022.945063

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Elevated Myl9 reflects the Myl9-containing microthrombi in SARS-CoV-2-induced lung exudative vasculitis and predicts COVID-19 severity2022

    • Author(s)
      Iwamura Chiaki、Hirahara Kiyoshi、Kiuchi Masahiro、Ikehara Sanae、Azuma Kazuhiko、Shimada Tadanaga、Kuriyama Sachiko、Ohki Syota、Yamamoto Emiri、Inaba Yosuke、Shiko Yuki、Aoki Ami、Kokubo Kota、et al.
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 119 Pages: e2203437119

    • DOI

      10.1073/pnas.2203437119

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Single-cell immunoprofiling after immunotherapy for allergic rhinitis reveals functional suppression of pathogenic TH2 cells and clonal conversion2022

    • Author(s)
      Iinuma Tomohisa、Kiuchi Masahiro、Hirahara Kiyoshi、Kurita Junya、Kokubo Kota、Yagyu Hiroyuki、Yoneda Riyo、Arai Tomoyuki、Sonobe Yuri、Fukuyo Masaki、Kaneda Atsushi、Yonekura Syuji、Nakayama Toshinori、Okamoto Yoshitaka、Hanazawa Toyoyuki
    • Journal Title

      Journal of Allergy and Clinical Immunology

      Volume: 150 Pages: 850~860.e5

    • DOI

      10.1016/j.jaci.2022.06.024

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Interleukin-33-activated neuropeptide CGRP-producing memory Th2 cells cooperate with somatosensory neurons to induce conjunctival itch2022

    • Author(s)
      Okano Mikiko、Hirahara Kiyoshi、Kiuchi Masahiro、Onoue Miki、Iwamura Chiaki、Kokubo Kota、Hishiya Takahisa、Morimoto Yuki、Ikehara Yuzuru、Murakami Akira、Ebihara Nobuyuki、Nakayama Toshinori
    • Journal Title

      Immunity

      Volume: 55 Pages: 2352~2368.e7

    • DOI

      10.1016/j.immuni.2022.09.016

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 局所免疫応答における組織常在性メモリーT細胞2022

    • Author(s)
      小久保幸太, 平原潔
    • Journal Title

      臨床免疫・アレルギー科

      Volume: 78 Pages: 438-443

  • [Journal Article] CD4陽性T細胞と肺の線維化2022

    • Author(s)
      平原潔, 小久保幸太, 中山俊憲
    • Journal Title

      医学のあゆみ

      Volume: 283 Pages: 4-9

  • [Presentation] Thioredoxin-interacting protein is essential for memory T cell formation via the regulation of the redox metabolism2023

    • Author(s)
      Kota Kokubo, Kiyoshi Hirahara, Masahiro Kiuchi, Kaori Tsuji, Yuki Shimada, Yuri Sonobe, Rie Shinmi, Takahisa Hishiya, Chiaki Iwamura, Atsushi Onodera, and Toshinori Nakayama.
    • Organizer
      cSIMVa symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 千葉大学大学院医学研究院 免疫発生学HP

    • URL

      https://www.m.chiba-u.jp/dept/meneki/research/achievement-1/

URL: 

Published: 2023-12-25  

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