Single-cell multiome profiling and functional analysis of human age-associated T cells in autoimmune diseases

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H03110
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡村 僚久 東京大学, 医学部附属病院, 特任准教授 (10528996)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 駒井 俊彦 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (50803938)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 自己免疫疾患 / 加齢関連T細胞 / Ｔ細胞 / B細胞

Outline of Annual Research Achievements

高齢健常人は獲得免疫の低下を伴う一方、慢性炎症性病態を伴う疾患が増加し、各種自己抗体を認める割合が増えることが知られている。この様な一見矛盾する現象は、免疫老化による影響と考えられている。各種自己免疫疾患は生産年齢より発症することが多く、加齢との関連が示唆されているが、加齢から自己免疫疾患発症に至る詳細なメカニズムは不明なままである。当研究室では、400例を超える健常人および代表的自己免疫疾患である皮膚筋炎/多発性筋炎を始めとする各種自己免疫疾患のフローサイトメトリー解析およびRNAシークエンス解析を通じて、加齢および自己免疫疾患と関連する新規CD4陽性T細胞サブセットである「ThA細胞」を同定した。本課題では、自己免疫疾患患者ThA細胞のエピゲノム解析を含めたマルチオームシングルセル解析を通じて、pathogenic ThA細胞が誘導されるメカニズムを解明し、加齢に伴う免疫老化が、如何にして自己免疫疾患発症に繋がるかを解明することを目的としている。2022年度は、ヒト末梢血を用いたsingle nuclear(sn) ATAC/snRNAseqマルチオーム解析および、ThA細胞細胞表面マーカーの同定、ThA分化に関わる転写因子の特定まで実施した。2023年度は、ここで得られた知見を元に、in vitroにおけるThA細胞の分化誘導条件の探索を含めた、ThA細胞の分化制御機構の解明を行う。

Current Status of Research Progress

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

Reason

トランスクリプトームはゲノムDNAとタンパク質を繋ぐ中間形質と位置付けられ、エピゲノムは遺伝子転写過程における後成的な調節メカニズムとして機能すると考えられている。生命現象を包括的に捉えるには、両情報を統合したマルチオミックス解析を行う必要がある。解析技術の発展により、少ない細胞数の臨床検体でも解析可能なOmni ATAC seq(Nat Methods. 2017)がシングルセル解析に応用可能となっているが、近年、同一細胞でエピゲノム情報とトランスクリプトーム情報同時に取得するsnATAC/snRNAseqマルチオーム解析が可能となった。2022年度は、snATAC/snRNAseq マルチオーム解析を採用し、自己免疫疾患患者におけるトランスクリプトーム/オープンクロマチン情報の統合解析に向け、核抽出を含む検体処理からライブラリー作製、シークエンスまでを実施し、クオリティの高いデータの回収に成功し、当該データのドライ解析に着手した。また、ThA細胞の特異的マーカー分子を複数同定し、フローサイトメトリーを用いたマーカーの絞り込みにも成功した。その他、ThA分化に関わる転写因子の検証実験まで行い、当初の予定を達成した。

Strategy for Future Research Activity

2022年度は、snATAC/snRNAseqマルチオーム解析のデータ回収、ThA細胞マーカーの同定、分化誘導に関わる転写因子の検証まで行った。2023年度は、snATAC/snRNAseqマルチオームデータの解析パイプラインの検証を行う。さらに、当該解析結果および、2022年度に得られたThAマーカー、分化誘導に関わる転写因子に関する知見を元に、in vitroにおけるThA細胞の分化誘導条件の探索を含めた、ThA細胞の分化制御機構の解明を行う予定である。

Research Products

• [Journal Article] Immunomics analysis of rheumatoid arthritis identified precursor dendritic cells as a key cell subset of treatment resistance. (2023)
  • Author(s): Yamada S, Nagafuchi Y, Wang M, Ota M, Hatano H, Takeshima Y, Okubo M, Kobayashi S, Sugimori Y, Masahiro N, Yoshida R, Hanata N, Suwa Y, Tsuchida Y, Iwasaki Y, Sumitomo S, Kubo K, Shimane K, Setoguchi K, Azuma T, Kanda H, Shoda H, Zhang X, Yamamoto K, Ishigaki K, Okamura T, Fujio K
  • Journal Title: Ann Rheum Dis Volume: Epub ahead of print Pages: 1-11
  • DOI: 10.1136/ard-2022-223645
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transcriptome analysis of immune cells from Behcet's syndrome patients: the importance of IL-17-producing cells and antigen-presenting cells in the pathogenesis of Behcet's syndrome. (2022)
  • Author(s): Okubo M, Sumitomo S, Tsuchida Y, Nagafuchi Y, Takeshima Y, Yanaoka H, Shirai H, Kobayashi S, Sugimori Y, Maeda J, Hatano H, Iwasaki Y, Shoda H, Okamura T, Yamamoto K, Ota M, Fujio K
  • Journal Title: Arthritis Res Ther Volume: 24 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1186/s13075-022-02867-x.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Control of naive and effector CD4 T cell receptor repertoires by rheumatoid-arthritis-risk HLA alleles. (2022)
  • Author(s): Nagafuchi Y, Ota M, Hatano H, Inoue M, Kobayashi S, Okubo M, Sugimori Y, Nakano M, Yamada S, Yoshida R, Tsuchida Y, Iwasaki Y, Shoda H, Okada Y, Yamamoto K, Ishigaki K, Okamura T, Fujio K
  • Journal Title: J Autoimmun Volume: 133 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.jaut.2022.102907.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Functional genomics approach in systemic lupus erythematosus (2022)
  • Author(s): Tomohisa Okamura
  • Organizer: University of Tokyo-National Taiwan University Joint Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Immunophenotypic categorization of systemic immune-mediated diseases (2022)
  • Author(s): Izuka Shinji, Toshihiko Komai, Takahiro Itamiya, Mineto Ota, Yasuo Nagafuchi, Hirofumi Shoda, Kazuhiko Yamamoto, Tomohisa Okamura, Keishi Fujio
  • Organizer: American College of Rheumatology convergence 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アルギニンセンサーCastor1の全身性免疫応答における役割の解明 (2022)
  • Author(s): 楠田 岳, 駒井 俊彦, 岡村 僚久, 藤尾 圭志
  • Organizer: 第7回日本骨免疫学会
• [Presentation] Immunological functions of Castor1 in B cells (2022)
  • Author(s): Takeshi Kusuda, Toshihiko Komai, Tomohisa Okamura, Keishi Fujio
  • Organizer: 第51回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Recategorization of systemic immune-mediated diseases by immunophenotyping (2022)
  • Author(s): Izuka Shinji, Toshihiko Komai, Takahiro Itamiya, Mineto Ota, Saeko Yamada, Yasuo Nagafuchi, Hirofumi Shoda, Kosuke Matsuki, Kazuhiko Yamamoto, Tomohisa Okamura, Keishi Fujio
  • Organizer: APLAR 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 末梢血免疫担当細胞による自己免疫疾患層別化の試み (2022)
  • Author(s): 猪塚真志, 駒井俊彦, 板宮孝紘, 太田峰人, 山田紗依子, 永渕泰雄, 庄田宏文, 松木康祐, 山本 一彦, 岡村僚久, 藤尾圭志
  • Organizer: 第9回JCRベーシックリサーチカンファレンス
• [Remarks] 東京大学医学部附属病院アレルギーリウマチ内科 HP
  • URL: http://ryumachi.umin.jp/about/research.html
• [Remarks] ImmuNexUT
  • URL: https://www.immunexut.org/