2021 Fiscal Year Annual Research Report
Adaptive Discrimination of Risk of Antigens in Immune Memory Dynamics
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21J23680
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吉戸 香奈 京都大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 免疫応答 / 予測符号化 / 数理モデル / アレルギー / アレルゲン免疫療法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、抗原経験に応じて適応的に変化する抗原の有害/無害識別メカニズムを明らかにするために、免疫記憶形成を含む免疫細胞集団動態を記述する数理モデルを構築した。本数理モデルにおいて、免疫系は抗原経験に応じてその識別を変化させる学習システムであると捉え、免疫応答を活性化する細胞集団（ヘルパーT細胞）は「次に入ってくる抗原」、免疫応答を抑制する細胞集団（制御性T細胞）は「その結果起こる免疫応答の過剰量」を予測すると仮定した。免疫記憶形成を担う細胞集団（メモリーT細胞）はこれらの予測誤差に基づき形成されるという予測符号化に基づく記憶形成を導入した。この数理モデルのシミュレーションにより、免疫系は高濃度の抗原に対しては強い応答を示す一方で、低濃度の抗原や高濃度であっても緩やかに入力される抗原に対しては弱い応答を示すことを明らかにした（抗原濃度および抗原の入力速度依存的な有害/無害識別）。さらに、免疫系による抗原の有害/無害識別が経時的に変化するメカニズムを明らかにするために、アレルギー発症時に見られるような高濃度かつ急激な抗原入力およびその後の治療（アレルゲン免疫療法）を模した低濃度の抗原入力の下での免疫応答のシミュレーションも行った。これにより、高濃度かつ急激な抗原入力により強い免疫応答（アレルギー症状）が誘導された後に低濃度の抗原入力を行うと、抑制性の免疫記憶細胞集団（メモリー制御性T細胞）が蓄積することが示された。この蓄積したメモリー制御性T細胞の効果により、その後、再び高濃度かつ急激な抗原に曝されても強い免疫応答が誘導されない、すなわちアレルギー症状が緩和することが明らかとなった。これは、アレルギーの発症とその治療を再現する結果となっており、予測符号化に基づく記憶形成によって抗原経験に応じた有害/無害識別の経時的な変化が起こることを示唆するものであると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに免疫記憶形成を含む免疫細胞集団動態を記述する数理モデルを構築、解析をし、免疫応答の強度が抗原濃度やその入力速度によって変化すること（抗原量やその入力速度による有害/無害識別）を明らかにし、また、アレルギーの発症やその治療法を再現することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はさらに、本数理モデルに、細菌やウイルスに代表される抗原の自己増殖および免疫系によるその排除を導入することで、抗原と免疫細胞の相互作用による抗原の有害/無害識別メカニズムを調べ、病原性の細菌やウイルスが免疫系によって排除される一方で、腸内細菌や皮膚常在菌のような一部の抗原が排除されずに体内に保持されるメカニズムを明らかにする予定である。また、本数理モデルを複数の抗原に対する免疫応答へと拡張することで、個体の生涯における免疫応答・抗原の有害/無害識別の変容（アレルギー発症リスクの違いや衛生仮説の検証）についても取り組む予定である。
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