細胞内タンパク質変動による自己応答制御機構の解明

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 生体防御における自己認識の「功」と「罪」
• 研究課題/領域番号: 22H05187
• 研究機関: 和歌山県立医科大学
• 研究代表者: 改正 恒康 和歌山県立医科大学, 先端医学研究所, 教授 (60224325)
• 研究分担者: 佐々木 泉 和歌山県立医科大学, 先端医学研究所, 講師 (80611037)
• 研究期間 (年度): 2022-06-16 – 2027-03-31
• キーワード: 獲得免疫 / 自己炎症 / 免疫不全 / プロテアソーム / 細胞内輸送

研究実績の概要

本年度は、DNAリガーゼIV（LIG4）変異マウスの解析を進めた。獲得免疫不全と難治性炎症を示す患者において同定された、DNAリガーゼIVにアミノ酸置換（p.W447C）を引き起こす遺伝子バリアントをマウスに導入し、解析したところ、LIG4 W447Cホモ変異マウスにおいて、成長障害、DNA損傷修復障害と共に、B細胞、T細胞の顕著な減少（獲得免疫不全）が認められた。DNAリガーゼIVはDNA損傷修復の最終過程に必須の機能御分子であり、この表現型はDNAリガーゼIVの機能低下によるものと考えられた。
このLIG4 W447Cホモ変異マウスは、生後数か月以内に半数以上が、下痢、脱水など重篤な消化器症状を呈して死亡した。腸管、特に大腸では腸上皮の増生、杯細胞の消失と共に、炎症細胞の浸潤、陰窩膿瘍なども認められ、ヒト潰瘍性大腸炎様の病理所見が認められた。浸潤した炎症細胞に関しては、B細胞はほとんど認められず、CD4陽性T細胞（ヘルパーT細胞）とマクロファージが主体であった。また、炎症を来した腸管では、IFN-γおよびIFN-γで誘導される遺伝子群の発現が顕著に亢進していた。このような炎症病態は、放射線照射した野生型マウスに、LIG4 W447Cホモ変異マウス由来の骨髄細胞を移入したマウスでも認められた。以上の結果から、LIG4 W447Cホモ変異マウスにおいては、獲得免疫不全を背景にしながら、おそらく1型ヘルパーT細胞の活性化を基盤とした潰瘍性大腸炎様の病態が生じることが明らかになった。

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

獲得免疫不全下であるにもかかわらず獲得免疫の活性化により腸炎が生じる、新たな遺伝子改変マウスを作製することができた。これまでLIG4の低形成性変異マウスは2種類樹立されていて、いずれも成長障害、DNA損傷修復障害を呈し、悪性リンパ腫が発生することは報告されているが、炎症病態は報告されていない。また、リンパ球での遺伝子再構成を担う機能御分子RAGの低形成性変異マウスにおいて、獲得免疫不全下での獲得免疫の活性化、およびそれによる腸炎が報告されているが、それらのマウスではB細胞や、2型あるいは17型ヘルパーT細胞の活性化を示す点でLIG4 W447Cホモ変異マウスの表現型とは異なっている。このようなユニークな表現型を示す遺伝子改変マウスの樹立、解析は、自己指向性免疫学の功と罪のメカニズムの解明を目指す本研究に大きく貢献することが期待される。

今後の研究の推進方策

LIG4 W447Cホモ変異マウスに関して、T細胞を中心としたリンパ球、マクロファージを中心とした自然免疫担当細胞において、どのような異常が生じているのか、どのような細胞集団が病気の原因となっているのか解明を進める。IFN-γがどのような役割を果たしているのか明らかにする。またT細胞が関与している場合、T細胞受容体のレパートリー解析も行い、どのT細胞受容体が病気の原因となっているのか、解析を進める。
タンパク質の分解処理に異常を来す自己炎症性疾患モデルマウス、プロテアソーム変異マウスにおいては、好中球、単球においてどのような分化異常を来しているのか、どのいおうなタンパク質の蓄積によりその異常が生じているのか解析を進めると共に、適当な病態モデルを用いて、その病理的意義の解析も進める。さらに、B細胞、T細胞に生じている異常についても解析を進める。
タンパク質の細胞内輸送に異常を来す自己炎症性疾患モデルマウス、COPA変異マウスにおいては、マクロファージの異常、特に炎症性サイトカイン産生機構の異常について解析を進める。

研究成果

• [国際共同研究] Yale Univ./Harvard Medical School/Emory Univ.(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Yale Univ./Harvard Medical School/Emory Univ.
  • 他の機関数: 35
• [国際共同研究] Univ. of Melbourne/Australian National Univ./Telethon Kids Institute(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: Univ. of Melbourne/Australian National Univ./Telethon Kids Institute
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] Mainz Univ./Univ. Hospital Wuerzburg/Univ. Hospital Cologne(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Mainz Univ./Univ. Hospital Wuerzburg/Univ. Hospital Cologne
  • 他の機関数: 15
• [国際共同研究] London Research Institute/Imperial College/Cardiff Univ.(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: London Research Institute/Imperial College/Cardiff Univ.
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] San Raffaele Scientific Institute/ICGEB/-(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: San Raffaele Scientific Institute/ICGEB/-
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 10
• [雑誌論文] TLR9-independent CD8+ T cell responses in hepatic AAV gene transfer through IL-1R1-MyD88 signaling (2024)
  • 著者名/発表者名: SRP. Kumar, M. Biswas, D. Cao, S. Arisa, MM. Melero, AK. Lam, AR. Pineros, R. Kapur, T. Kaisho, RJ. Kaufman, W. Xiao, DM. Shayakhmetov, C. Terhorst, YP. de Jong, RW. Herzog.
  • 雑誌名: Molecular Therapy 巻: 32 ページ: 325-339
  • DOI: 10.1016/j.ymthe.2023.11.029
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A hepatic network of dendritic cells mediates CD4 T cell help outside lymphoid organs (2024)
  • 著者名/発表者名: K. English, R. Kwan, L. E. Holz, C. McGuffog, J.M.M. Krol, D. Kempe, T. Kaisho, W.R. Heath, L. Lisowski, M. Biro, G.W. McCaughan, D.G. Bowen, P. Bertolino.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 ページ: 1261
  • DOI: 10.1038/s41467-024-45612-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A stress sensor, IRE1α, is required for bacterial-exotoxin-induced interleukin-1β production in tissue-resident macrophages (2024)
  • 著者名/発表者名: I. Sasaki, Y. Fukuda-Ohta, C. Nakai, N. Wakaki-Nishiyama, C. Okamoto, D. Okuzaki, S. Morita, S. Kaji, Y. Furuta, H. Hemmi, T. Kato, A. Yamamoto, E. Tosuji, SI Saitoh, T. Tanaka, K. Hoshino, S. Fukuda, K. Miyake, E. Kuroda, KJ Ishii, T. Iwawaki, K. Furukawa, T. Kaisho.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 43 ページ: 113981
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2024.113981
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Factor VIII Trafficking to CD4+ T cells Shapes its Immunogenicity and Requires Several Types of Antigen Presenting Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Kaczmarek, A. R. Pineros, P. E. Patterson, T. B. Bertolini, G. Q. Perrin, A. Sherman, J. Born, S. Arisa, M. C. Arvin, M. M. Kamocka, M. M. Martinez, K. W. Dunn, S. M. Quinn, J. J. Morris, A. R. Wilhelm, T. Kaisho, M. M. Melero, M. Biswas, M. H. Kaplan, A. K. Linnemann, L. A. George, R. M. Camire, R. W. Herzog.
  • 雑誌名: Blood Journal 巻: 20 ページ: 290-305
  • DOI: 10.1182/blood.2022018937
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lymph node medulla regulates the spatiotemporal unfolding of resident dendritic cell networks (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Ugur, R J. Labios, C. Fenton, K. Knopper, K. Jobin, F. Imdahl, G. Golda, K. Hoh, A. Grafen, T. Kaisho, A. E. Saliba, D. Grun, G. Gasteiger, M. Bajenoff, W. Kastenmuller.
  • 雑誌名: Immunity 巻: 56 ページ: 1778-1793.e10
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2023.06.020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SpiB regulates the expression of B-cell-related genes and increases the longevity of memory B cells (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Horiuchi, T. Koike, H. Takebuchi, K. Hoshino, I. Sasaki, Y. Fukuda-Ohta, T. Kaisho, D. Kitamura.
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 14 ページ: 1250719
  • DOI: 10.3389/fimmu.2023.1250719
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 自己炎症と獲得免疫不全を呈するプロテアソーム機能異常症. Proteasome disorders manifesting autoinflammation and adaptive immunodeficiency. (2023)
  • 著者名/発表者名: 改正恒康、金澤伸雄、邊見弘明.
  • 雑誌名: 臨床免疫・アレルギー科 巻: 80 ページ: 49-55
• [雑誌論文] 免疫不全を伴うプロテアソーム関連自己炎症症候群. Proteasome-associated autoinflammatory syndrome with immunodeficiency. (2023)
  • 著者名/発表者名: 改正恒康
  • 雑誌名: アレルギーの臨床 巻: 43 ページ: 30-34
• [雑誌論文] 細胞内DNAセンサーシステムの破綻をきたす自己炎症性疾患モデルマウス (2023)
  • 著者名/発表者名: 加藤喬、佐々木泉、改正恒康.
  • 雑誌名: JSIAD Journal 巻: 3 ページ: 2-7
  • DOI: 10.34563/jsiadjournal.3.1_2
  • 査読あり
• [学会発表] A stress sensor IRE1α is required for bacterial exotoxin-induced inflammasome activation in tissueresident macrophages. (2024)
  • 著者名/発表者名: I. Sasaki, Y. Fukuda-Ohta, S. Morita, D. Okuzaki, T. Kato, K. Furukawa, T. Kaisho.
  • 学会等名: 第52回本免疫学会総会・学術集会
• [学会発表] Microbiome ssRNA as an environmental cue to activate TLR13-dependent tissue-protective programs in CD5L/AIMhi hepatic macrophages. (2024)
  • 著者名/発表者名: R. Sato, K. Liu, T. Shibata, R. Fukui, K. Hoshino, T. Kondo, T. Miyazaki, T. Kaisho, K. Miyake.
  • 学会等名: 第52回本免疫学会総会・学術集会
• [学会発表] Which subset of dendritic cells is critical to the effect of HSV-1 oncolytic virus therapy? (2024)
  • 著者名/発表者名: S. Uchida, T. Seya, S. Akira, K. Sato, T. Kaisho, R. Fukui, K. Miyake, T. Todo, N. Kadowaki.
  • 学会等名: 第52回本免疫学会総会・学術集会
• [学会発表] Memory T helper cell differentiation regulated by a type 1 conventional dendritic cell subpopulation. (2024)
  • 著者名/発表者名: K. Ohki, Y. Matsushima, S. Hojyo, T. Kaisho, K. Tokoyoda.
  • 学会等名: 第52回本免疫学会総会・学術集会
• [学会発表] Generation and characterization of thePsmb8 G201V mutation knock-in mice as a model for Nakajo-Nishimura syndrome (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Hara, T. Kato, J. Hamazaki, A. Kinoshita, Y. Inaba, I. Sasaki, K. -I. Yoshiura, M. Jinnin, T. Kaisho, N. Kanazawa.
  • 学会等名: APSID-JSIAD 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Spi-Bは圧負荷に対する心臓の代償応答過程においてマクロファージサブセットの構成を制御して抗炎症性に機能する (2023)
  • 著者名/発表者名: 近藤 稔和、木村 章彦、佐々木 泉、石田 裕子、野坂 みずほ、樽谷 玲、國中 由美、加藤 喬、改正 恒康
  • 学会等名: 第44回日本炎症・再生医学会
• [学会発表] A stress sensor IRE1α is required for bacterial exotoxin-induced inflammasome activation in tissue resident macrophages. (2023)
  • 著者名/発表者名: I. Sasaki, N. W-. Nishiyama, D. Okuzaki, S. Morita, T.Kato, A.Yamamoto, K. Furukawa, T.Kaisho.
  • 学会等名: 第30回日本免疫毒性学会学術年会
• [学会発表] 生体内マクロファージにおけるパイリンインフラマソーム活性化機構の解明. (2023)
  • 著者名/発表者名: 加治汐梨、佐々木泉、古田有希、加藤喬、西山奈央子、山本明日美、北野雅之、改正恒康.
  • 学会等名: 第30回日本免疫毒性学会学術年会
• [学会発表] Novel model mice of human inborn errors of immunity manifesting autoinflammation, autoimmunity and/or immunodeficiency. (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Kaisho.
  • 学会等名: The 2nd International Symposium of Clinical Immunology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Human inborn errors of immunity model mice for autoinflammation,autoimmunity and/or immunodeficiency. (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Kaisho.
  • 学会等名: JSICR/MMCB Joint Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] γδT17 cells in Peyer’s patches acquire the encephalitogenic phenotype through the activation by commensals. (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Komiyama, D. Takahashi, T. Kaisho, K. Hase.
  • 学会等名: 18th International Congress of Immunology
  • 国際学会
• [学会発表] Impairment of plasma cell generation in mice carrying a proteasome subunit β1i missense mutation derived from patients with autoinflammation and adaptive immune deficiency. (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, A. Yamamoto, I. Sasaki, N. Wakaki-Nishiyama, H. Hemmi, N. Kanazawa, W. Ise, T. Kaisho.
  • 学会等名: Japan and Australia Meeting on Cell Death 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Generation and characterization of thePsmb8 G201V mutation knock-in mice as a model for Nakajo-Nishimura syndrome (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Hara, T. Kato, J. Hamazaki, A. Kinoshita, Y. Inaba, I. Sasaki, K. -I. Yoshiura, M. Jinnin, T. Kaisho, N. Kanazawa.
  • 学会等名: ISID 2023
  • 国際学会
• [図書] Autoinflammatory diseases due to defects in degradation or transport of intracellular proteins, in Basic Immunology and Its Clinical Application (2023)
  • 著者名/発表者名: I. Sasaki, T. Kato, N. Kanazawa, T. Kaisho.
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-981-99-9780-0