Elucidation of HTLV-1 pathogenesis by multidirectional and high-resolution research technique with longitudinal clinical samples

• Project/Area Number: 20H03724
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 54030:Infectious disease medicine-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 佐藤 賢文 熊本大学, ヒトレトロウイルス学共同研究センター, 教授 (70402807)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 末岡 榮三朗 佐賀大学, 医学部, 教授 (00270603) ; 梅北 邦彦 宮崎大学, 医学部, 准教授 (20506084)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2021: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
• Keywords: HTLV-1感染症 / 成人Ｔ細胞白血病リンパ腫 / 慢性関節リウマチ / ウイルス特異的ＣＴＬ / 抗ウイルス免疫応答 / リウマチ関節 / 免疫抑制剤

Outline of Research at the Start

本研究は、先端的技術を活用して経時的なHTLV-1感染者検体（主に無症候性感染者とHTLV-1感染者リウマチ関節患者）を多角的かつ高精度に解析を行うことで、HTLV-1病原性発現メカニズムの解明を目指す。申請者らが最近確立した高精度かつ網羅的なプロウイルス解析技術を活用する。抗ウイルス免疫応答に関して、ELISpotや抗体価測定、フローサイトメトリー解析、更に一部の症例に関しては、シングルセルRNA-seq解析を行う事で詳細な観察を行う。以上により、感染細胞のクローン性増殖機序やリウマチ関節炎症病態における機能について明らかにすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

以下の様に、本研究課題の、経時的感染者検体の多角的・高精細研究アプローチによるHTLV病原性発現機序解明研究を遂行した。
1.臨床所見、臨床検査データ、治療歴情報
2020年度は佐賀大学医学部附属病院、宮崎大学医学部附属病院の外来にてHTLV-1感染者の外来経過観察および臨床検体採取を行った。
2.HAS flow（研究分担者、末岡・梅北が担当）佐賀大学医学部附属病院、宮崎大学医学部附属病院通院のHTLV-1感染者のHTLV-1感染病態把握のために、HAS flow解析を継続して行った。
3.抗ウイルス免疫応答（CTL、抗体）の評価 HTLV-1感染のリウマチ患者において、生物学的製剤投与前の結核感染の評価のためのT-spotアッセイを行ったところ、判定不能者が非感染者に比べ顕著に多かった。①感染細胞が自発的にサイトカイン産生を誘導している。②抗ウイルス免疫応答がT-spotアッセイ中に作動して、サイトカインを産生した結果擬陽性が導かれた。等の可能性が考えられる。Ｔspot判定保留症例に関して、免疫学的解析を進めている。同時に、HLA-A24、HLA-A02陽性感染者のウイルス抗原Tax特異的CTLを検出するテトラマーアッセイを確立し、無症候性感染者末梢血液中にウイルス抗原Tax特異的CTLが存在する事を確認した。次年度以降の研究遂行の基盤を確立することが出来た。
4. 10x Chromium Single cell RNA-seq解析 １名のATL患者の末梢血とリンパ節のSingle cell RNA-seq解析を行い、現在データ解析を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

臨床検体の情報収集およびサンプル保存が予定通り進んだ。症例のFas flowデータ取得も予定通り進んでいる。HLA-A24陽性感染者のウイルス抗原Taxテトラマーアッセイを確立した。
テトラマー陽性細胞のソーティングを行い、10x Chromium Single cell RNA-seq解析、TCR-seq解析が進行中であり、ライブラリー作成まで完了した。

Strategy for Future Research Activity

収集した臨床検体について、以下の多角的な解析を進める。①感染細胞の性状解析（HTLV-1 DNA-capture-seqやHAS-flow）②臨床所見、臨床検査データ、治療歴情報③抗ウイルス免疫応答解析④必要と判断される検体について、10x Chromium Single cell RNA-seq解析、TCR-seq解析を行う予定。
それらの多角的情報をもとに、HTLV-1感染により引き起こされる異なる臨床病態（無症候性、リンパ腫白血病、慢性炎症）を説明する重要因子の探索を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Imperial大学(英国)
• [Journal Article] Clonality of HIV-1 and HTLV-1 infected cells in naturally coinfected individuals (2021)
  • Author(s): Katsuya H, Cook L, Rowan AG, Melamed A, Turpin J, Ito J, Islam S, Miyazato P, Tan B, Matsuo M, Miyakawa T, Nakata H, Matsushita S, Taylor GP, Bangham CRM, Kimura S, Satou Y.
  • Journal Title: The Journal of Infectious Diseases Volume: 0 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1093/infdis/jiab202
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A target enrichment high throughput sequencing system for characterization of BLV whole genome sequence, integration sites, clonality and host SNP (2021)
  • Author(s): Ohnuki N, Kobayashi T, Matsuo M, Nishikaku K, Kusama K, Torii Y, Inagaki Y, Hori M, Imakawa K, Satou Y
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Pages: 4521-4521
  • DOI: 10.1038/s41598-021-83909-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] T-cell dysregulation in COVID-19 (2020)
  • Author(s): Kalfaoglu B, Almeida-Santos J, Tye CA, Satou Y, Ono M
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 538 Pages: 204-210
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.10.079
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Blood and lymphatic systems are segregated by the FLCN tumor suppressor (2020)
  • Author(s): Tai-Nagara I, Hasumi Y, Kusumoto D, Hasumi H, Okabe K, Ando T, Matsuzaki F, Itoh F, Saya H, Hirashima M, Suzuki Y, Furuya M, Baba M, Kubota Y
  • Journal Title: Nature Communications volume Volume: 11 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20156-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] T-Cell Hyperactivation and Paralysis in Severe COVID-19 Infection Revealed by Single-Cell Analysis (2020)
  • Author(s): Kalfaoglu B, Almeida-Santos J, Tye A C, Satou Y, Ono M
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 11 Pages: 589380-589380
  • DOI: 10.3389/fimmu.2020.589380
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multiomics Investigation Revealing the Characteristics of HIV-1-Infected Cells In Vivo (2020)
  • Author(s): Hirofumi Aso, Shumpei Nagaoka, Eiryo Kawakami, Jumpei Ito, Saiful Islam, Benjy Jek Yang Tan, Shinji Nakaoka, Koichi Ashizaki, Katsuyuki Shiroguchi, Yutaka Suzuki, Yorifumi Satou, Yoshio Koyanagi, Kei Sato
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 32 Pages: 107887-107887
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107887
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Elucidation of HTLV-1 pathogenesis by single cell approach (2021)
  • Author(s): Satou Y
  • Organizer: Virtual Mini Symposium on HTLV-1 Leukemogenesis
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] HTLV-1 感染病態解明へ向けた感染者血液のシングルセルトランスクリプトーム解析 (2020)
  • Author(s): 佐藤 賢文
  • Organizer: 日本生体防御学会学術総会
  • Invited
• [Presentation] HTLV-1プロウイルス内に存在する新規エンハンサー領域の分子メカニズム解析 (2020)
  • Author(s): 松尾美沙希、Benjy Tan Jek Yang、佐藤賢文
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] HTLV-1プロウイルスにおける新規エンハンサーの特定と分子メカニズム解析 (2020)
  • Author(s): 松尾美沙希
  • Organizer: ウイルス学若手研究集会2020
  • Invited
• [Presentation] Exploration of T-cell Landscape in HTLV-1 Infection by Massive Single Cell Transcriptomics (2020)
  • Author(s): Tan BYJ, Sugata K, Reda O, Matsuo M, Uchiyama K, Ono M, Satou Y
  • Organizer: Frontiers in Single Cell Genomics (Virtual), Cold Spring Harbor Asia
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigation of HIV-1 latency mechanisms in THP-1 cells harbouring intact HIV-1 provirus (2020)
  • Author(s): Rahman A, Ninomiya N, Matsuo M, Takeuchi H, Sugata K, Satou Y
  • Organizer: 21st Kumamoto AIDS Seminar
• [Presentation] Utilizing ‘Tocky’ system for elucidating HIV-1 provirus dynamics and transcriptional determinants (2020)
  • Author(s): Reda O, Monde K, Sugata K, Rahman A, Tan BYJ, Matsuo M, Ono M, Takeuchi H, Satou Y
  • Organizer: 21st Kumamoto AIDS Seminar