記憶T細胞応答を制御するエピジェネティック機構の解明

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K08522
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 小野寺 淳 千葉大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (10586598)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 免疫記憶 / 発生・分化 / エピジェネティクス / アレルギー・ぜんそく / 発現制御 / 抗原応答

研究実績の概要

交付申請書に記した研究目的に即し、私は免疫記憶に関する未解決問題の１つ、“なぜメモリー（記憶）T細胞はナイーブ（未感作）T細胞に比べて迅速に免疫応答できるのか”を解明すべく研究を進めた。本年度は以前から研究に取り組んでいたエピジェネティック制御因子、ポリコーム群（PcG）およびトライソラックス群（TrxG）タンパク質について論文発表することができた。その内容はPcG/TrxGの空間的相互作用がT細胞の抗原応答時の変化“レスポンソーム”の制御に関わるというものである。このようなDNA結合タンパクの空間的位置と機能との関連についての先行研究はほとんどなく、我々の得た知見は非常に意義深いものであると考えている。解析したデータは、公共データベースのGene Expression Omnibus (GEO)にて公開しており、世界中の研究者が簡便にアクセス可能な有用なリソースの構築にも繋がった。また、同様の内容について国内外の学会で発表し、様々な分野の研究者との議論を深めた。
さらに、研究代表者が得意とするトランスクリプトーム解析手法を用いて、T細胞がサイトカインに応答する際の遺伝子発現の変化についても論文として報告することができた。CIRCOSやモザイクプロットなど、解析結果を視覚的に分かりやすく表現する手法も修得することができたのも収穫の一つである。いずれの研究も海外の研究者との共同研究であり、国際的なネットワークの構築の実績も得られることができた。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

交付申請書に記した研究計画即して記載する。記憶T細胞のトランスクリプトーム解析とエピゲノム解析として予定していた、感作（ナイーブ）Th細胞と記憶（メモリー）Th2細胞の抗原刺激前後の比較を中心としたRNA-seq、ChIP-seq解析は終了した。また比較対照として、時系列のデータや活性化Th1/Th2/Th17細胞、記憶Th1/Th17などのデータも取得済みである。現在はこれらのデータ解析に最適のプログラムやパラメーターを検討している。
記憶T細胞の迅速応答を制御する新規中核因子の同定と機能解析については、既に解析対象遺伝子の絞り込みを終了した。siRNAを用いたノックダウンの実験系、レトロウイルスを用いた過剰発現系において、Egr2（転写制御因子）やRBP（RNA結合タンパク質）がサイトカインの発現および細胞増殖を制御することが分かってきた。このうちRBPの機能解析においては、RNA immunoprecipitation (RIP)およびRIP-seqの実験系の立ち上げにも成功し、研究を飛躍的に進めることができた。
以上のように、ゲノムワイドデータの取得、候補遺伝子の絞り込み、絞り込んだ遺伝子の機能解析と計画以上のペースで研究が進んでいる。現時点での達成度は十分であると考えている。

今後の研究の推進方策

計画に沿って研究を進めることを基本とする。当初の計画よりも進捗が早いので、計画を前倒ししながら進めていく予定である。
プロテオーム解析を含むオミクス解析については、まず計画通りにBioplexを用いた解析を行う。またATPの主な産生源である、ミトコンドリアの形態については、本学に新規導入された超高解像度顕微鏡を用いて観察を行う予定である。
記憶T細胞の迅速応答を制御する新規中核因子の遺伝子欠損マウスについては一部入手済みである。先述のRBP欠損マウスに関しては、現在公的研究機関でES細胞を作製中であり、成功し次第欠損マウス作製へと移る。細胞株においても遺伝子を欠損させたいと考えており、現在CRISPR/Cas9を用いたシステムを検討中である。
PcG/TrxG分子群による記憶T細胞応答性の制御機構の解析については、Menin, Cxxc1, Ezh2などの欠損マウスの解析を継続して行う予定である。PcG/TrxGのco-occupied遺伝子の空間的相互作用については、相関関数という新たな手法を導入することでより高度な解析を行えると考えている。これを用いて、公共データベース（GEO）を利用したH3K27me3とH3K4me3の空間的相互作用についても解析を進めていきたい。

研究成果

• [雑誌論文] Asymmetric action of STAT transcription factors drives transcriptional outputs and cytokine specificity. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirahara, K., Onodera, A., Villario, A. V., Bonelli, M., Sciume, G., Laurence, A., Sun, H. W., Brooks, S. R., Vahedi, G., Shih, H. Y., Gtierrez-Cruz, G., Iwata, S., Suzuki, R., Mikami, Y., Okamoto, Y., Nakayama, T., Holland, S. M., Hunter, C. A., Kanno, Y., and O’Shea, J. J.
  • 雑誌名: Immunity 巻: 42 ページ: 877-889
  • DOI: /10.1016/j.immuni.2015.04.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial interplay between Polycomb and Trithorax complexes controls transcriptional activity in T lymphocytes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Onodera, A., Tumes, D. J., Watanabe, Y., Hirahara, K., Kaneda, A., Sugiyama, F., Suzuki, Y., and Nakayama, T.
  • 雑誌名: Mol. Cell. Biol. 巻: 35 ページ: 3841-3853
  • DOI: /10.1128/MCB.00677-15
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ヘルパーT細胞分化とエピジェネティクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 小野寺淳、中山俊憲
  • 雑誌名: 炎症と免疫 巻: 23 ページ: 199-205
• [学会発表] Fine scale positioning of Polycomb and Trithorax complexes controls transcriptional activity in T lymphocytes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Onodera, A., Kiuchi, M., Wada, T., Kanno, T., Hayashizaki, K., and Nakayama, T.
  • 学会等名: 第44回日本免疫学会総会・学術集会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市)
  • 年月日: 2015-11-18 – 2015-11-20
• [学会発表] ポリコーム／トライソラックス複合体による免疫細胞記憶維持機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: Onodera, A., and Nakayama, T.
  • 学会等名: 第25回Kyoto T Cell Conference
  • 発表場所: 京都大学芝蘭会館(京都府・京都市)
  • 年月日: 2015-05-15 – 2015-05-16
• [学会発表] POLYCOMB AND TRITHORAX COMPLEXES CONTROL EPIGENETIC MEMORY OF T HELPER CELLS. (2015)
  • 著者名/発表者名: Onodera A, Hirahara K and Nakayama T.
  • 学会等名: NCI Symposium on Chromosome Biology
  • 発表場所: Bethesda, MD, USA
  • 年月日: 2015-04-16 – 2015-04-17
  • 国際学会
• [備考] 千葉大学大学院医学研究院免疫発生学
  • URL: http://www.m.chiba-u.ac.jp/class/meneki/