Aire遺伝子の機能不全による自己免疫応答に関わる分子の探索と治療への応用

• Project/Area Number: 22K07120
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49070:Immunology-related
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 森本 純子 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 助教 (20451396)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 満 徳島大学, 先端酵素学研究所, 教授 (60221595)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: Aire / CTLA-4 / 組織特異的自己抗原 / 樹状細胞 / 自己免疫疾患 / mTEC / Treg / DC / TRA / 制御性T細胞

Outline of Research at the Start

本研究の問いは、『胸腺髄質上皮細胞（mTEC）において異所性に発現するCTLA-4が胸腺内樹状細胞（TDC）の機能に障害を及ぼすことから、CTLA-4がAire欠損により引き起こされる自己免疫病態の鍵となる新たな分子となるのではないか?』であり、申請者らは本研究において、mTECの異所性CTLA-4によるTDCの機能障害がAire欠損におけるTregの産生障害、ひいては自己免疫病態をもたらすかどうかの解明に取り組む。さらには自己免疫疾患治療への標的分子としてのCTLA-4の新たな可能性を探る。

Outline of Annual Research Achievements

胸腺では胸腺髄質上皮細胞(mTEC)が組織特異的自己抗原を発現し抗原提示細胞として機能することで、制御性T細胞(Treg)の産生を誘導する。mTECが発現する組織特異的自己抗原は、胸腺内に存在する樹状細胞(DC)へと転移することが知られており（抗原転移）、胸腺内DCの抗原提示によってもTreg産生が誘導される。mTECに特異的に発現するAire (Autoimmune regulator)はmTECにおける組織特異的自己抗原の発現を制御する転写因子であり、Aireを欠損した状態（もしくは機能不全下）では、ヒトにおいてはTregの機能異常、マウスでは胸腺内Treg数の低下が認められることが知られている。この原因はAire欠損によるmTECでの組織特異的自己抗原の発現低下であると考えられてきたが、研究代表者は新たな分子機序としてAire欠損状態において、mTECから異所性に発現するCTLA-4分子が胸腺内DCの機能異常をもたらすことで胸腺内Treg産生を制御していることを報告した（Morimoto et. al. Cell Reports 2022)。これまでmTECから胸腺内DCへの抗原転移の詳細な機序については不明であったが、本研究課題において研究代表者はDCによるmTECの貪食が抗原転移のメカニズムの一つであることを明らかにし、さらにはMHCクラスⅡ分子の発現が低く、抗原提示細胞としての働きが低いと考えられるmTECからも活発にDCへの抗原転移が起こっていることを明らかにし、報告した（Morimoto et. al. Journal of Immunology 2023) 。令和5年度はmTEC上に発現するCTLA-4が自己免疫病態の形成にどの程度寄与するのかを明らかにするために、CTLA-4 conditional ノックアウトマウスと胸腺上皮細胞特異的にCre遺伝子を発現するFoxn1-Creマウスを交配することで、胸腺上皮細胞特異的にCTLA-4が欠損したマウスを作製し、このマウスを用いて自己免疫病態の解析を行なった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

mTECからの異所性のCTLA-4の発現は若干ではあるが野生型マウスでも認められる。そこで令和5年度は、胸腺上皮細胞特異的にCTLA-4が欠損したマウス(CTLA4flox/flox Foxn1Cre/+; CTLA4ΔTEC)を用いて、Aire存在下でmTEC上に発現するCTLA-4の自己免疫病態発症における役割について解析を行なった。野生型マウスでは約2%前後のmTECがCTLA-4を発現しているが、CTLA4ΔTECマウスではCTLA-4を発現するmTECは0.1%前後まで低下していた。続いてCTLA4ΔTECマウスのmTECを解析したところ、コントロールマウスであるCTLA-4flox/flox　(CTLA-4flマウス)と比較して、Aireを発現する成熟mTECおよび未熟mTECの割合、さらにはその絶対数には差を認めなかった。CTLA4ΔTECマウスの胸腺内CD4およびCD8T細胞の割合は正常であったが、胸腺内Treg、特にFoxp3+CD25- Tregの割合はCTLA-4flマウスと比較して減少傾向にあった。3ヶ月齢のマウスを用いて、肝臓、唾液腺、胃、膵臓、腎臓、肺の自己免疫病態について解析したところ、CTLA4ΔTECマウスでは、CTLA-4flマウスと比較して肝臓、唾液腺、胃、膵臓において中程度から重度の自己免疫病態を認めた。特に膵臓では外分泌腺である腺房細胞が著しく破壊される腺房炎が起こっていた。Aire欠損マウスでは10%程度のmTECがCTLA-4を発現しており、研究代表者はこれまでにこのCTLA－４によりAire欠損マウスではTreg産生誘導が低下すること、Aire/CTLA-4両欠損マウスの胎仔胸腺をヌードマウスの腎被膜下に移植すると、Aire欠損マウスの胎仔胸腺を移植したヌードマウスと比較して自己免疫病態が緩和されることを見出している。よってAire存在および非存在下でmTEC上に発現するCTLA-4は自己免疫病態の形成において異なる役割を果たしていることが示唆される。以上のことから本研究の進捗状況は概ね順調に進展していると評価した。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度は、Aire存在下でmTEC上に発現するCTLA-4の役割について検討を行なった。最終年度はまずAire欠損状態においてmTEC上に発現誘導されるCTLA-4の自己免疫病態誘導における役割について検討する。Aire欠損状態でmTEC上のCTLA-4の発現を欠失したマウス(Aire-KO/CTLA4ΔTECマウス）はすでに作製が終了している。Aire-KO /CTLA4ΔTECマウスおよびコントロールマウスとしてAire-KO/CTLA-4flマウスを用いて各臓器における自己免疫病態について解析を行う。続いてAire-KO/CTLA4ΔTECマウスの胸腺内で誘導されるTregについてsignature遺伝子のメチル化状態を解析することで、Tregがどのようなエピジェネティックな変化を受けているのかを解析する。さらにTreg T細胞受容体(TCR)レパトア解析を行うことで、Aire欠損状態におけるmTEC上のCTLA-4発現の有無によりTreg TCRレパトア形成がどのような影響を受けるのかを解析し、TCRレパトア変化と自己免疫病態形成との関係性を明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Cooperative but distinct role of medullary thymic epithelial cells and dendritic cells in the production of regulatory T-cells in the thymus (2023)
  • Author(s): Morimoto J, Matsumoto M, Oya T, Tsuneyama K, Matsumoto M
  • Journal Title: J. Immunol. Volume: - Issue: 11 Pages: 1-14
  • DOI: 10.4049/jimmunol.2200780
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dispensable role of Aire in the CD11c+ conventional dendritic cells for antigen presentation and shaping the transcriptome. (2023)
  • Author(s): Miyazawa M, Nagao J, Morioka K, Matsumoto M, Morimoto J, Yoshida M, Oya T, Tsuneyama K, Yoshida H, Tanaka Y, Matsumoto M.
  • Journal Title: Immunohorizons Volume: 7 Issue: 1 Pages: 140-158
  • DOI: 10.4049/immunohorizons.2200103
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] AIRE illuminates the feature of medullary thymic epithelial cells in thymic carcinoma. (2023)
  • Author(s): Matsumoto M, Ohmura T, Hanibuchi Y, Ichiyama-Shimizu M, Saijyo Y, Ogawa H, Miyazawa R, Morimoto J, Tsuneyama K, Matsumoto M, Oya T.
  • Journal Title: Cancer Medicine Volume: 3 Issue: 8 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1002/cam4.5777
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of organ-specific autoimmunity by dysregulated Aire expression (2022)
  • Author(s): Nishijima H, Sugita M, Umezawa N, Kimura N, Sasaki H, Kawano H, Nishioka Y, Matsumoto M, Oya T, Tsuneyama K, Morimoto J, Matsumoto M.
  • Journal Title: Immunology & Cell Biology Volume: - Issue: 5 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1111/imcb.12546
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Proteasome dysfunction in adipocytes induces lipodystrophy and autoinflammtion (2024)
  • Author(s): Koga R, Morimoto J, Otsuka K, Yasutomo K
  • Organizer: 第52回日本免疫学会
• [Presentation] Dysfunction of proteasome in T cells causes immunodeficiency (2024)
  • Author(s): Shinebaatar E, Morimoto J, Kondo H, Yasutomo K
  • Organizer: 第52回日本免疫学会
• [Presentation] 胸腺内Treg誘導における胸腺髄質上皮細胞と樹状細胞の機能的差異。 (2022)
  • Author(s): 森本純子、松本満
  • Organizer: 第31回KTCC
• [Presentation] Cooperative but Distinct Role of Medullary Thymic Epithelial Cells and Dendritic Cells in the Production of Trees in the Thymus (2022)
  • Author(s): Morimoto J, Matsumoto M,Matsumoto M.
  • Organizer: 第51回日本免疫学会学術集会