2013 Fiscal Year Annual Research Report
自然免疫応答を制御するヘムーＢａｃｈ遺伝子ネットワークの解明
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24390066
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
五十嵐 和彦 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00250738)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ヘム / 免疫 / Bリンパ球 / マクロファージ / 転写因子 |
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| Research Abstract |
本研究では、「補欠分子族ヘムが転写因子Bach1およびBach2のシグナル分子（リガンド）として自然免疫を制御する」ことを明らかにする。ヘムは、ヒトなど酸素に依存する生命にとって必須の補欠分子族であり、ほぼ全ての細胞で合成され、シトクロムやグロビンなど、多彩なタンパク質に結合して反応中心を形成し、電子伝達、酸素代謝、酸素輸送などを担う。本研究では、このような古典的ヘム機能に加え、ヘムが自然免疫を制御することを証明する。Bach2はヘム受容体であり、そのノックアウトマウスでは重篤なマクロファージ機能異常が生じるという独自の知見に着目し、自然免疫系におけるBach2（および関連因子Bach1）の下流標的遺伝子ネットワークと、マクロファージにおけるヘムによる遺伝子発現制御を解明する。本年度は特に大きな成果として以下のものをあげることができた。まず、前年度までの研究で準備した組み換えヘモペキシン発現精製系をさらにチューニング、効率良く高純度組み換えヘモペキシンを生成するプロトコールを決定した。さらに、これを用いたヘム-ヘモペキシン複合体の調整法を確立した。このヘム-ヘモペキシン複合体を用いて、細胞外ヘムがヘモペキシン複合体としてエンドソーム依存的に取り込まれ、遊離したヘムが転写因子Bach1を不活性化することで下流遺伝子の発現を誘導するという一連の情報伝達経路を証明することができた（BBA, 2014）。また、組織マクロファージ分化とBach1やBach2の関係についても大きな進展があった。国際共同研究を実施することで、ヘム-Bach1経路が組織マクロファージの分化を制御することを証明することができた（Cell, 2014）。一方、Bach2は肺胞マクロファージの機能調節に必須であることを発見した（J. Exp. Med., 2013）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
一連の研究から、ヘム-Bach経路のマクロファージにおける機能が明確になりつつあり、さらに同経路が獲得免疫系でも機能する可能性が見えてきており、当初予想した以上に大きな展開があったと考えている。マクロファージでは、少なくとも二種類の組織マクロファージの分化や機能制御に関わるようである。赤脾髄に存在するred pulp macrophage（RPM）は、ヘム分解などにより鉄再利用を行う、鉄代謝の中心となるマクロファージである。転写因子SpiCがRPM分化に必須であることが示されていたものの、SpiCの発現調節については不明な点が多く残っていた。今回、K. Murphy教授らとの共同研究により、Bach1がRPM前駆細胞の中でSpiC遺伝子を抑制すること、溶血などに由来するヘムはBach1を不活性化することでSpiCの発現誘導を引き起こし、これがRPM分化のトリガーとなることを証明することができた。当初想定したヘム-Bach経路によるマクロファージ分化制御を、個体レベルで証明したものであり、大きな成果と考えている。一方、肺胞マクロファージの機能発現にはBach2 が重要であることも報告した。さらに、国際共同研究によりBach2は制御性T細胞など、Tリンパ球分化の調節にも必須であることを報告した。この一連の知見により、Bach2は従来報告してきたBリンパ球に加えT細胞およびマクロファージでも重要であり、獲得免疫と自然免疫を様々な段階で制御することが予想される。この制御にもヘムが関わる可能性がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に研究成果を3報の論文として発表した。J. Exp. Med.に発表した論文ではBach2の肺胞マクロファージ機能発現における機能を、Biochimica Biophysica Actaの論文ではヘム-ヘモペキシン複合体によるマクロファージ遺伝子発現の制御を、そしてCellの論文ではヘムによるBach1の不活性化がSpi-C遺伝子の発現上昇を引き起こし脾臓マクロファージ分化が促進することを示した。また、Bach2とBach1が複数のマクロファージ系遺伝子の発現を抑制する可能性も見いだした（未発表）。そこで今年度は、研究費申請書に記述した当初計画を一部見直し、マクロファージにおけるBach1およびBach2の標的遺伝子の同定と機能解析に重点を置く。機能解析では、これら因子によるSpi-C遺伝子抑制の意義を探る。Bach1-Bach2ダブルノックアウトマウスでは、造血系前駆細胞段階からSpi-Cの発現が上昇することを見いだしているので、Spi-Cの前駆細胞分化における役割を、Spi-Cノックアウトマウス（共同研究者より供与）を用いて解析する。前駆細胞、単球、組織マクロファージ（骨髄マクロファージを予定）を用いてBach1のChromatin Immunoprecipitation-Deep Sequencing (ChIP-Seq)解析を行い、これまでに実施した発現プロファイルデータと統合解析することで、組織マクロファージ分化過程におけるBach1の標的遺伝子を特定する。この実験が有望そうであれば、Bach2についても同様の実験を実施する。ヘムのマクロファージ分化における役割を個体レベルで探るために、鉄欠乏マウスや鉄過剰マウスにおける組織マクロファージの数や分布を調べる。この目的で、Spi-C遺伝子座にEGFPをノックインしたマウスを導入する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した。
次年度使用額は平成26年度請求額とあわせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。
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[Journal Article] Heme-Mediated SPI-C Induction Promotes Monocyte Differentiation into Iron-Recycling Macrophages.2014
Author(s)
Haldar M, Kohyama M, So A Y, Kc W, Wu X, Briseno C G, Satpathy A T, Kretzer N M, Arase H, Rajasekaran N S, Wang L, Egawa T, Igarashi K, Baltimore D, Murphy T L, and Murphy K M
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Journal Title
Cell
Volume: 156
Pages: 1223-1234
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Association between BACH2 expression and clinical prognosis in diffuse large B-cell lymphoma.2014
Author(s)
Ichikawa, S., Fukuhara, N., Katsushima, H., Takahashi, T., Yamamoto, J., Yokoyama, H., Sasaki, O., Fukuhara, O., Nomura, J., Ishizawa, K., Ichinohasama, R., Muto, A., Igarashi, K., and Harigae, H.
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Journal Title
Cancer Science
Volume: in press
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Bach2 represses effector programmes to stabilize Treg-mediated immune homeostasis.2013
Author(s)
Roychoudhuri, R., Hirahara, K., Mousavi, K., Clever, D., Klebanoff, C. A., Bonelli, M., Sciume, G., Zare, H., Vahedi, G., Dema, B., Yu, Z., Liu, H., Takahashi, H., Muto, A., Igarashi, K., O’Shea, J. J., and Restifo, N. P.
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Journal Title
Nature
Volume: 498
Pages: 506-510
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] BACH2 mediates negative selection and p53-dependent tumor suppression at the pre-B cell receptor checkpoint.2013
Author(s)
Swaminathan, S., Huang, C., Geng, H., Chen, Z., Harvey, R., Kang, H., Ng, C., Titz, B., Hurtz, C., Sadiyah, M. F., Nowak, D., Thoennissen, G. B., Rand, V., Graeber, T. G., Koeffler, H. P., Carrooll, W. L. Willman, C. L., Hall, A. G., Igarashi, K., Melnick, A. and Muschen, M.
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Journal Title
Nature Medicine
Volume: 19
Pages: 1014-1022
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Bach2 maintains T cells in a naïve state by suppressing effector memory-related genes.2013
Author(s)
Tsukumo, S., Unno, M., Muto, A., Takeuchi, A., Kometani, K., Kurosaki, T., Igarashi, K. and Saito, T.
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
Volume: 110
Pages: 10735-10740
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Transforming Growth Factor-β Induces transcription factors MafK and Bach1 to Suppress Expression of the Heme Oxygenase-1 Gene.2013
Author(s)
Okita, Y., Kamoshida, A., Suzuki, H., Itoh, K., Motohashi, H., Igarashi, K., Yamamoto, M., Ogami, T., Koinuma, D., and Kato, M.
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Journal Title
The Journal of Biological Chemistry
Volume: 288
Pages: 20658-20677
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The transcription repressor Bach2 is required for pulmonary surfactant homeostasis and alveolar macrophage function.2013
Author(s)
Nakamura, A., Shibuya, R. E., Itoh-Nakadai, A., Muto, A., Shima, H., Saigusa, D., Aoki, J., Ebina, M., Nukiwa, T. and Igarashi, K.
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Journal Title
The Journal of Experimental Medicine
Volume: 210
Pages: 2191-2204
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Activation of the SUMO modification system is required for the accumulation of RAD51 at sites containing DNA damage.2013
Author(s)
Shima, H., Suzuki, H., Sun, J., Kono, K., Shi, L., Kinomura, A., Horikoshi, Y., Ikura, T., Ikura, M., Kanaar, R., Igarashi, K., Saitoh, H., Kurumizaka, H., and Tashiro S.
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Journal Title
Journal of Cell Science
Volume: 126
Pages: 5284-5292
DOI
Peer Reviewed
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