mRNA結合タンパク質による免疫制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 23H00402
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分49:病理病態学、感染・免疫学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 竹内 理 京都大学, 医学研究科, 教授 (10379092)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 47,580千円 (直接経費: 36,600千円、間接経費: 10,980千円); 2024年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円); 2023年度: 22,100千円 (直接経費: 17,000千円、間接経費: 5,100千円)
• キーワード: 免疫応答 / mRNA分解 / サイトカイン / コドン / 自然免疫応答 / mRNA制御 / ｍRNA分解

研究開始時の研究の概要

mRNA分解や翻訳などの転写後制御機構は免疫応答の調節に重要な役割を果たしている。本研究は、免疫応答や免疫細胞分化の転写後制御機構を、mRNAの3′ 非翻訳領域(UTR)に加え、5′ UTRやコドン最適性にも焦点をあて、これらを制御するRBPを網羅的に同定し、その制御機構を解明する事を目的とする。本研究による基礎的なmRNAレベルでの免疫制御機構の解明は、近年急速に実用化が進むmRNA医薬を始め、炎症性疾患の新たな治療法開発へと波及することが期待される。

研究実績の概要

本研究では、免疫応答や免疫細胞分化の転写後制御機構を、mRNA上の免疫暗号の観点から解明することを目標としている。これまで、RNA分解酵素であるRegnase-1が免疫細胞活性化のブレーキとして機能し自己免疫疾患の発症を抑制していることを報告してきた。しかし、Regnase-1には4つのファミリー分子が存在するがそれらの機能は明らかでなかった。そこで、Regnaseファミリー分子の中でもRegnase-1と発現パターンの類似したRegnase-3について検討を加えた。Regnase-3単独の欠損マウスは特に表現型を示さなかったが、Regnase-1,-3を重欠損させることで、リンパ球分化の重篤な障害と骨髄球系細胞の増加が起こる事を見出した。1細胞RNA-seq解析の結果、造血幹前駆細胞（HSPC）において、リンパ球・骨髄球系へのプライミングがRegnase-1,-3により制御されていることが明らかとなった。その分子機構を解析した結果、まず、CLIP解析によりRegnase-1,-3が共通したmRNAステムループ構造を認識する事、HSPCにおいてRegnase-1,-3欠損下に発現亢進するmRNAのうち、Nfkbiz遺伝子がその機能に必須である事を見出した。NfkbizはATAC-Seq解析の結果、HSPCにおいてエピジェネティック制御を通じて分化のプライミングを誘導していることが示唆された。また、Nfkbiz 3'非翻訳領域の解析の結果、Regnase-1,-3による制御に重要なステムループ構造を見出し、その構造を阻害するアンチセンスオリゴ核酸がNfkbiz発現を増加させ骨髄球系細胞分化を亢進させることを見出した。このように、Regnaseファミリー分子の解析を通じ、新たな免疫細胞の機構を明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は、免疫制御にかかわる3'非翻訳領域結合RNA結合蛋白質であるRegnase-1ファミリーの機能解析から、骨髄球系細胞とリンパ球系細胞の分化を規定する、全く新たな制御機構を解明する事が出来た。本成果は、Blood誌に報告した。

今後の研究の推進方策

これまでの解析により、Regnase-1ファミリーを通じた免疫制御機構に関し、免疫細胞活性化制御に加え、その分化制御の重要性も明らかとなってきた。感染や老化などによっても免疫細胞分化が変化し、骨髄球系細胞分化の亢進が起こる事から、今後、これらの減少に関するRegnase-1ファミリー分子の機能に関し検討を加えていく。
また、5'非翻訳領域やコドン制御など様々なRNAの特徴が免疫制御に与える影響はほとんど明らかとなっておらず、これらの機構についても解析を進めて行く。

研究成果

• [国際共同研究] Stanford University(米国)
• [国際共同研究] MDC/DKZF (German Cancer Center)(ドイツ)
• [国際共同研究] Weismann Institue of Science(イスラエル)
• [雑誌論文] Regulation of lymphoid-myeloid lineage bias through regnase-1/3-mediated control of Nfkbiz (2024)
  • 著者名/発表者名: 3.Uehata T, Yamada S, Ori D, Vandenbon A, Giladi A, Jelinski A, Murakawa Y, Watanabe H, Takeuchi K, Toratani K, Mino T, Kiryu H, Standley DM, Tsujimura T, IkawaT, Kondoh G, Landthaler M, Kawamoto H, Rodewald HR, Amit I, Yamamoto R, Miyazaki M, Takeuchi O
  • 雑誌名: Blood 巻: 143 号: 3 ページ: 243-257
  • DOI: 10.1182/blood.2023020903
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RNA Metabolism Governs Immune Function and Response (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga Masanori、Takeuchi Osamu
  • 雑誌名: Advances in experimental medicine and biology 巻: 1444 ページ: 145-161
  • DOI: 10.1007/978-981-99-9781-7_10
  • ISBN: 9789819997800, 9789819997817
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation of inflammatory diseases via the control of mRNA decay (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga Masanori、Takeuchi Osamu
  • 雑誌名: Inflammation and Regeneration 巻: 44 号: 1 ページ: 14-14
  • DOI: 10.1186/s41232-024-00326-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regnase-1 plays an essential role in maintaining skin immune homeostasis via regulation of chemokine expression (2023)
  • 著者名/発表者名: Yang Gabsik、Lee Hye Eun、Trzeciak Magdalena、Pawelczyk Tadeusz、Takeuchi Osamu、Kang Han Chang、Cho Yong-Yeon、Lee Hye Suk、Lee Joo Young
  • 雑誌名: Biomedicine & Pharmacotherapy 巻: 162 ページ: 114558-114558
  • DOI: 10.1016/j.biopha.2023.114558
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hyperfructosemia in sleep disordered breathing: metabolome analysis of Nagahama study (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakatsuka Y, Murase K, Sonomura K, Tabara Y, Nagasaki T, Hamada S, Matsumoto T, Minami T, Kanai O, Takeyama H, Sunadome H, Takahashi N, Nakamoto I, Tanizawa K, Handa T, Sato TA, Komenami N, Wakamura T, Morita S, Takeuchi O, Nakayama T, Hirai T, Kamatani Y, Matsuda F, Chin K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 号: 1 ページ: 12735-12735
  • DOI: 10.1038/s41598-023-40002-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Post-transcriptional regulation of the immune system by Regnase-1-like endoribonucleases (2024)
  • 著者名/発表者名: Osamu Takeuchi
  • 学会等名: FIMSA Advanced Training Course 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Post-transcriptional regulation of the immune system by Regnase-1-like endoribonucleases (2024)
  • 著者名/発表者名: Osamu Takeuchi
  • 学会等名: Global Immunology Summit GIS-2024
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of immune responses by a mRNA decay factor Regnase-1 (2023)
  • 著者名/発表者名: Osamu Takeuchi
  • 学会等名: The ISID2023 satellite meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 炎症制御と自己免疫疾患抑制における Regnase-1 の役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 竹内理
  • 学会等名: 第8回日本肺高血圧・肺循環学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 自然免疫の制御と疾患～Regnase-1によるサイトカインmRNA制御の役割～ (2023)
  • 著者名/発表者名: 竹内理
  • 学会等名: 日本歯周病学会
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of immune cell differentiation and activation by ASOs targeting mRNA structures recognized by Regnase-1-related RNases (2023)
  • 著者名/発表者名: Osamu Takeuchi
  • 学会等名: CSHAsia Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of the immune system via antisense oligonucleotides targeting mRNA structures recognized by RNA-binding proteins (2023)
  • 著者名/発表者名: Osamu Takeuchi
  • 学会等名: NatsJ8
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] mRNA構造を標的とした核酸医薬による免疫制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 竹内理
  • 学会等名: 第96回 日本生化学会大会
  • 招待講演
• [備考] 造血幹細胞の分化方向性を制御する分子機構―mRNA分解機構が司る新たな細胞運命決定機構の発見―
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2023-11-09-0
• [産業財産権] 炎症抑制用の組成物 (2023)
  • 発明者名: 竹内理
  • 権利者名: 竹内理
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2023
  • 取得年月日: 2023
  • 外国