mRNA代謝が司る免疫制御機構の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H05278
• 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)
• 研究分担者: 植畑 拓也 京都大学, 医学研究科, 助教 (50785970) ; 三野 享史 京都大学, 医学研究科, 助教 (60646149)
• 研究期間 (年度): 2018-06-11 – 2023-03-31
• キーワード: 自然免疫応答 / mRNA制御 / ｍRNA分解

研究実績の概要

1. mRNA 3’ UTRを介した免疫細胞時空間制御機構の解析
mRNA 3' UTR制御分子であるRegnase-1の機能に関する解析を行い、マウスを用いた実験からII型自然リンパ球（ILC2）に発現するRegnase-1が、ILC2の活性化や増殖を制御することで、肺線維症の増悪抑制に重要な働きをしていることを見出した。さらに、ヒト特発性肺線維症患者のILC2数とRegnase-1発現量に逆相関を認めること、血液中のILC2数が多い特発性肺線維症患者では有意に生存期間が短いことが明らかとなった（Nakatsuka et al. Euro. Respir. J. 2020）。潰瘍性大腸炎患者の解析から上皮細胞においてRegnase-1の変異が存在する事を明らかにした。特に、Regnase-1がリン酸化を受ける部位のアミノ酸に高頻度の変異を認め、この変異Regnase-1は分解に対して抵抗性であり、炎症に抑制的に働き上皮細胞の生存適応に寄与していることが示唆された（Kakiuchi et al. Nature 2020）。
また、Regnase-1の発現をその自己制御を抑制することで増加させる制御法を開発し、これがマウスマクロファージでTLR刺激に対する炎症性サイトカイン産生を抑制する事、いくつかのマウス炎症、自己免疫疾患モデルを抑制しうることを解明した。
2．コドンに隠された新たな免疫応答分子制御機構の解析
ヒトタンパク質mRNAのコドン頻度の網羅的な分析により、コドンを3番目の塩基にGまたはCを持つもの（GC3）とAまたはTを持つもの（AT3）がそれぞれ、mRNAの安定化、不安定化に関わる事が明らかとなった。この分子機構に関する解析を行い、新たな制御分子の同定に成功した。

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

本研究で、3'UTRを介したmRNA制御分子の免疫制御における役割をRegnase-1の制御の観点から解析し、Regnase-1の発現を増強させる変異がヒト潰瘍性大腸炎（UC）患者腸上皮において高頻度に認められることが明らかとなり（Kakiuchi et al. Nature 2020）、Regnase-1が、肺上皮細胞において緑膿菌感染に対する自然免疫応答の制御に重要な役割を果たしていること（Mucosal Immunol 2018）や、Type II Innate Lymphoid Cell (ILC2)の活性化を制御し、マウスやヒトの肺において肺線維症の発症を抑制する機能を担っていることを見出した（Nakatsuka et al. Euro Respir J 2020）。このように、Regnase-1によるmRNA分解を介した転写後制御は、ヒト炎症性疾患や重要な役割を果たしていることを明らかにした。これは、自己免疫疾患や感染症の発症機構を解明する上で学術的に重要なものである。また、3' UTRだけでなくタンパク質コード領域のコドンバイアスによるｍRNA制御機構の解明も、その現象の報告（Hia et al. EMBO Rep 2019）以降も順調に進展しており、本研究課題は順調に進展している。

今後の研究の推進方策

1. mRNA 3’ UTRを介した免疫細胞時空間制御機構の解析
Regnase-1、Roquin結合分子としてBioID解析により同定した複合体構成分子群の機能解析を細胞からマウス個体レベルに展開することにより、Regnase-1やRoquin依存性mRNA分解の分子機構の全体像を明らかにしていく。また、開発中のRegnase-1制御法に関し、ヒト細胞における制御法を開発していく。
2．コドンに隠された新たな免疫応答分子制御機構の解析
スクリーニングにより同定したコドンによるmRNA制御に関わる新規分子群に関し、細胞やマウス個体レベルでノックアウトする事により、mRNAやタンパク質発現に与える影響、免疫応答に与える影響を検討していく。
3. mRNAエピトランスクリプトームを介した免疫制御機構の解明
免疫細胞の活性化に際し、m6Aメチル化に関わるZc3h13分子のRNA結合が増強することを既に見出している。この分子に関し、T細胞やマクロファージで細胞特異的遺伝子欠損マウスを作製し、その自然免疫、獲得免疫細胞分化・活性化における役割の解明を行っていく。

研究成果

• [雑誌論文] Profibrotic function of pulmonary group 2 innate lymphoid cells is controlled by regnase-1 (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakatsuka Yoshinari、Yaku Ai、Handa Tomohiro、Vandenbon Alexis、Hikichi Yuki、Motomura Yasutaka、Sato Ayuko、Yoshinaga Masanori、Tanizawa Kiminobu、Watanabe Kizuku、Hirai Toyohiro、Chin Kazuo、Suzuki Yutaka、Uehata Takuya、Mino Takashi、Tsujimura Tohru、Moro Kazuyo、Takeuchi Osamu
  • 雑誌名: European Respiratory Journal 巻: 57 ページ: 2000018～2000018
  • DOI: 10.1183/13993003.00018-2020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequent mutations that converge on the NFKBIZ pathway in ulcerative colitis (2020)
  • 著者名/発表者名: Kakiuchi Nobuyuki、Osamu Takeuchi et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 577 ページ: 260～265
  • DOI: 10.1038/s41586-019-1856-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] The transcription factor E2A activates multiple enhancers that drive Rag expression in developing T and B cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Kazuko、Watanabe Hitomi、Yoshikawa Genki、Chen Kenian、Hidaka Reiko、Aitani Yuki、Osawa Kai、Takeda Rie、Ochi Yotaro、Tani-ichi Shizue、Uehata Takuya、Takeuchi Osamu、Ikuta Koichi、Ogawa Seishi、Kondoh Gen、Lin Yin C.、Ogata Hiroyuki、Miyazaki Masaki
  • 雑誌名: Science Immunology 巻: 5 ページ: eabb1455～1455
  • DOI: 10.1126/sciimmunol.abb1455
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Zinc Finger Protein St18 Protects against Septic Death by Inhibiting VEGF-A from Macrophages (2020)
  • 著者名/発表者名: Maruyama Kenta、Kidoya Hiroyasu、Takemura Naoki、Sugisawa Erika、Takeuchi Osamu、Kondo Takeshi、Eid Mohammed Mansour Abbas、Tanaka Hiroki、Martino Mika?l M.、Takakura Nobuyuki、Takayama Yasunori、Akira Shizuo、Vandenbon Alexis、Kumagai Yutaro
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 32 ページ: 107906～107906
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107906
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effects of codon bias and optimality on mRNA and protein regulation (2020)
  • 著者名/発表者名: Hia Fabian、Takeuchi Osamu
  • 雑誌名: Cellular and Molecular Life Sciences 巻: 78 ページ: 1909～1928
  • DOI: 10.1007/s00018-020-03685-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] RNA Recognition and Immunity?Innate Immune Sensing and Its Posttranscriptional Regulation Mechanisms (2020)
  • 著者名/発表者名: Uehata Takuya、Takeuchi Osamu
  • 雑誌名: Cells 巻: 9 ページ: 1701～1701
  • DOI: 10.3390/cells9071701
  • 査読あり
• [学会発表] RNA代謝による自然免疫応答の惹起と制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹内理
  • 学会等名: 日本臨床免疫学会
  • 招待講演
• [学会発表] Regulatory mechanisms of innate immune responses (2020)
  • 著者名/発表者名: Osamu Takeuchi
  • 学会等名: FIMSA Immunology course-2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Immune regulation by translation-dependent mRNA decay (2020)
  • 著者名/発表者名: Osamu Takeuchi
  • 学会等名: MBSJ2020
  • 招待講演
• [学会発表] Regnase-1による免疫調節機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹内理
  • 学会等名: 第7回免疫セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] RNA分解による免疫応答の制御機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹内理
  • 学会等名: 2020年度東京大学医科学研究所国際共同利用・共同研究拠点成果報告会
  • 招待講演
• [学会発表] Manipulation of Regnase-1 mRNA stability alleviates inflammatory responses in diseased models (2020)
  • 著者名/発表者名: Tse, K.M., Cui, X., Uehata, T., Takeuchi, O
  • 学会等名: MBSJ2020
  • 招待講演
• [学会発表] Codon Bias Confers Stability to mRNAs in Humans, The 25th Annual Meeting of the RNA Society (2020)
  • 著者名/発表者名: Hia, F., Yang, S.F., Shichino, Y., Yoshinaga, M., Murakawa, Y., Vandenbon, A., Fukao, A., Fujiwara, T., Landthaler, M., Natsume, T., Adachi, S., Iwasaki, S., Takeuchi, O.
  • 学会等名: RNA2020
  • 国際学会
• [学会発表] Manipulation of Regnase-1 mRNA stability alleviates inflammatory responses in diseased models (2020)
  • 著者名/発表者名: Tse, K.M., Cui, X., Uehata, T., Takeuchi, O.
  • 学会等名: RNA2020
  • 国際学会
• [学会発表] LYMPHOID-MYELOID CELL FATE DETERMINATION BY ENDORIBONUCLEASES REGNASE-1 AND -3 (2020)
  • 著者名/発表者名: Takuya, U., Yamada, S., Miyazaki, M., Giladi, A., Vandenbon, A., Amit, I., Kawamoto, H., Takeuchi, O.
  • 学会等名: 8th Annual Meeting of the International Cytokine & Interferon Society
  • 国際学会
• [備考] 肺線維症における新規治療標的候補となるRNA分解酵素Regnase-1を同定
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2020-10-14-2