mRNA代謝が司る免疫制御機構の解明

2021 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

Regnase-1がTLRやIL1β刺激依存性にどのような複合体を形成し機能するかを明らかにするために、Regnase-1のInteractome解析を行った。その結果、これらの刺激に対して、Regnase-1がプロテアソームによる分解に関わるβTRCPに加え、14-3-3タンパク質と結合することを明らかにした。質量分析によるリン酸化部位解析と検証の結果、Regnase-1のS494, S513リン酸化がRegnase-1と14-3-3の結合に必須であることが明らかとなった。βTRCPと14-3-3はRegnase-1とそれぞれ異なる複合体を形成した。14-3-3と結合したRegnase-1は、βTRCPによる分解から守られているにも関わらず標的mRNA分解が障害されており、この理由として、Regnase-1の核ー細胞質のシャトリングを14-3-3が阻害しているものと考えられた。実際、S513変異により14-3-3と結合しないRegnase-1を持つ変異マウスは、βTRCPによる分解が亢進していたが、TLR刺激によるサイトカイン産生に変化を認めなかった。このように、本研究から、炎症刺激によるRegnase-1のリン酸化修飾や結合タンパク質変化によるダイナミックな制御が行われていることが明らかとなった（Akaki K. eLIFE 2021）。また、TANKはTLRシグナルを負に制御するアダプター分子として以前報告してきたが、加えて、核酸認識特にRNAではなくDNAを細胞内で認識してSTING依存性にI型インターフェロンを産生する経路の抑制にも重要であることを解明した（Wakabayashi A. Life Sci Alliance 2021）。Regnase-1自己mRNA標的核酸医薬の開発を行った(Tse C. Sci Transl Med. In Press)。

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

Regnase-1の動的複合体の解析やその機能解明に関し論文を発表した他、共同研究でRegnase-1ファミリーの構造解析論文(Garg A et al. Nucleic Acids Res. 2021)を発表するなど、mRNA安定性制御の分子基盤解明における研究が順調に進展している。また、Regnase-1制御法開発も進展しており、In vivoにおける効果も確認している。さらに、TLR制御に関わる新規分子Cyclin Jを同定しその分子機構やIn vivoでの免疫制御における役割も明らかにした（Chong YK et al. Science Signaling In press）。このように、本研究はこれまで順調に進展していると言える。

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：これまでの研究から、Regnase-1が核と細胞質をダイナミックに行き来することがその機能発現に重要であることが明らかとなってきた。核内でRegnase-1と結合するタンパク質を同定し、そのRegnase-1による機能発現における役割を解析し、分子機構の解明を行っていく。また、Regnase-1制御法の開発についても、継続し、特にヒト細胞における機能解析を行う。
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：コドンの最適性に依存してmRNA安定化を制御する新規分子をスクリーニングにより同定しており、この分子の免疫細胞特異的コンディショナルノックアウトマウスを作製に成功している。本年度は、免疫細胞分化、活性化における役割を検討する。また、この分子がコドン依存性にmRNA安定性を制御するか、同定した結合タンパク質との関連を解析するとともに、Ribosomeプロファイリング解析を行い蛋白質翻訳制御の観点から
解析する。
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：mRNAのm6aメチル化修飾の免疫細胞における役割解明するため、関連分子の免疫細胞特異的ノックアウトマウス作製に成功しており、免疫細胞における役割が明らかとなりつつある。そこで、そのマウスを用いたIn vivoでのmRNA修飾の役割を明らかにするとともに、標的mRNAの網羅的同定を通じて、制御メカニズムを明らかにする。

研究成果

• [国際共同研究] Strasbourg University(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Strasbourg University
• [国際共同研究] MDC(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: MDC
• [国際共同研究] Stanford University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Stanford University
• [国際共同研究] Weizmann Institute of Science(イスラエル)
  • 国名: イスラエル
  • 外国機関名: Weizmann Institute of Science
• [雑誌論文] Cyclin J-CDK complexes limit innate immune responses by reducing proinflammatory changes in macrophage metabolism (2022)
  • 著者名/発表者名: Yee Kien Chong, Sarang Tartey, Yuki Yoshikawa, Koshi Imami, Songling Li, Masanori Yoshinaga, Ai Hirabayashi, Guohao Liu, Alexis Vandenbon, Fabian Hia, Takuya Uehata, Takashi Mino, Yutaka Suzuki, Takeshi Noda, Dominique Ferrandon, Daron M Standley, Yasushi Ishihama, Osamu Takeuchi
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 15 ページ: eabm5011
  • DOI: 10.1126/scisignal.abm5011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhancement of Regnase-1 expression with stem-loop-targeting antisense oligonucleotides alleviates inflammatory diseases (2022)
  • 著者名/発表者名: Ka Man Tse, Alexis Vandenbon, Xiaotong Cui, Takashi Mino, Takuya Uehata, Keiko Yasuda, Ayuko Sato, Tohru Tsujimura, Fabian Hia, Masanori Yoshinaga, Makoto Kinoshita, Tatsusada Okuno, Osamu Takeuchi
  • 雑誌名: Science Translational Medicine 巻: In Press ページ: 未定
  • 査読あり
• [雑誌論文] TANK prevents IFN-dependent fatal diffuse alveolar hemorrhage by suppressing DNA-cGAS aggregation (2021)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi Atsuko、Yoshinaga Masanori、Takeuchi Osamu
  • 雑誌名: Life Science Alliance 巻: 5 ページ: e202101067
  • DOI: 10.26508/lsa.202101067
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] IRAK1-dependent Regnase-1-14-3-3 complex formation controls Regnase-1-mediated mRNA decay (2021)
  • 著者名/発表者名: Akaki Kotaro、Ogata Kosuke、Yamauchi Yuhei、Iwai Noriki、Tse Ka Man、Hia Fabian、Mochizuki Atsushi、Ishihama Yasushi、Mino Takashi、Takeuchi Osamu
  • 雑誌名: eLife 巻: 10 ページ: e71966
  • DOI: 10.7554/eLife.71966
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Posttranscriptional regulation of ILC2 homeostatic function via tristetraprolin (2021)
  • 著者名/発表者名: Hikichi Yuki、Motomura Yasutaka、Takeuchi Osamu、Moro Kazuyo
  • 雑誌名: Journal of Experimental Medicine 巻: 218 ページ: e20210181
  • DOI: 10.1084/jem.20210181
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regnase‐1-related endoribonucleases in health and immunological diseases (2021)
  • 著者名/発表者名: Mino Takashi、Takeuchi Osamu
  • 雑誌名: Immunological Reviews 巻: 304 ページ: 97～110
  • DOI: 10.1111/imr.13023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Post-transcriptional regulation of immunological responses by Regnase-1-related RNases (2021)
  • 著者名/発表者名: Uehata Takuya、Takeuchi Osamu
  • 雑誌名: International Immunology 巻: 33 ページ: 859～865
  • DOI: 10.1093/intimm/dxab048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extracellular mRNA transported to the nucleus exerts translation-independent function (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomita Takeshi、Kato Masayoshi、Mishima Taishi、Matsunaga Yuta、Sanjo Hideki、Ito Ken-ichi、Minagawa Kentaro、Matsui Toshimitsu、Oikawa Hiroyuki、Takahashi Satoshi、Takao Toshifumi、Iwai Noriki、Mino Takashi、Takeuchi Osamu、Maru Yoshiro、Hiratsuka Sachie
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 3655
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23969-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PIN and CCCH Zn-finger domains coordinate RNA targeting in ZC3H12 family endoribonucleases (2021)
  • 著者名/発表者名: Garg Ankur、Roske Yvette、Yamada Shinnosuke、Uehata Takuya、Takeuchi Osamu、Heinemann Udo
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 ページ: 5369～5381
  • DOI: 10.1093/nar/gkab316
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Post-transcriptional regulation of innate immunity by Regnase-1 (2021)
  • 著者名/発表者名: Osamu Takeuchi
  • 学会等名: The 27th International Symposium on Molecular Cell Biology of Macrophages
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Antiviral innate immunity targeting RNA (2021)
  • 著者名/発表者名: Osamu Takeuchi
  • 学会等名: European Congress Immunology (ECI) 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 炎症によるmRNA制御を介した免疫細胞分化運命決定の調節機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹内理
  • 学会等名: 第73回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] mRNA分解による免疫制御と疾患 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹内理
  • 学会等名: 第36回 Wakoワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 免疫細胞制御における翻訳とmRNA分解 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹内理
  • 学会等名: 日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Manipulation of Regnase-1 mRNA stability by antisense oligonucleotides alleviates inflammatory responses in pulmonary and autoimmune diseases (2021)
  • 著者名/発表者名: Ka Man Tse, Xiaotong Cui, Alexis Vandenbon, Keiko Yasuda, Takuya Uehata, Ayuko Sato, Tohru Tsujimura, Masanori Yoshinaga, Tatsusada Okuno, Yoshinari Nakatsuka, Osamu Takeuchi
  • 学会等名: KAI International Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Lymphoid-myeloid cell fateLymphoid-Myeloid cell fate determination by endoribonucleases Regnase-1 and -3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuya Uehata, Shinnosuke Yamada, Masaki Miyazaki, Amir Giladi, Alexis Vandenbon, Ido Amit, Hiroshi Kawamoto, Osamu Takeuchi
  • 学会等名: MMCB2020+1
  • 国際学会
• [学会発表] Manipulation of Regnase-1 mRNA stability by morpholino-based antisense oligonucleotides alleviates inflammatory responses in pulmonary and autoimmune diseases (2021)
  • 著者名/発表者名: Ka Man Tse, Xiaotong Cui, Alexis Vandenbon, Keiko Yasuda, Takuya Uehata, Ayuko Sato, Tohru Tsujimura, Takashi Mino, Masanori Yoshinaga, Tatsusada Okuno, Yoshinari Nakatsuka, Osamu Takeuchi
  • 学会等名: 第22回日本RNA学会年会
• [学会発表] Unexpected role of atypical cyclin in mediating macrophage functionality via metabolic regulation (2021)
  • 著者名/発表者名: Yee Kien Chong, Sarang Tartey, Osamu Takeuchi
  • 学会等名: The 27th International Symposium on Molecular Cell Biology of Macrophages
  • 国際学会
• [学会発表] 赤芽球分化を制御する新規転写後調節機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉永正憲、竹内理
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学年会
• [学会発表] Manipulating the expressions of Regnase-1 by stem-loop-targeting-antisense oligonucleotides to counteract inflammatory diseases (2021)
  • 著者名/発表者名: Ka Man Tse, Xiaotong Cui, Alexis Vandenbon, Takashi Mino, Takuya Uehata, Keiko Yasuda, Ayuko Sato, Tohru Tsujimura, Fabian Hia, Masanori Yoshinaga, Osamu Takeuchi
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学年会
• [学会発表] Regnase-1/-3-Nfkbiz制御軸が造血幹細胞における細胞分化の方向性を調節する (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuya Uehata, Daisuke Ori, Masaki Miyazaki, Amir Giladi, Hiroshi Kawamoto, Ido Amit, Osamu Takeuchi
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Manipulating the expression of Regnase-1 by antisense oligonucleoties to counteract inflammatory diseases (2021)
  • 著者名/発表者名: Ka Man Tse, Takashi Mino, Takuya Uehata, Keiko Yasuda, Masanori Yoshinaga, Osamu Takeuchi
  • 学会等名: 第50回日本免疫学会学術集会
• [学会発表] Unexpected role of atypical cyclin in mediating macrophage functionality via metabolic regulation (2021)
  • 著者名/発表者名: Yee Kien Chong, Osamu Takeuchi
  • 学会等名: 第50回日本免疫学会学術集会
• [学会発表] Deciphering the role of Regnase-1 in the pathophysiology of pulmonary arterial hypertension (2021)
  • 著者名/発表者名: Ai Yaku, Yusuke Manabe, Osamu Takeuchi
  • 学会等名: 第50回日本免疫学会学術集会
• [学会発表] Post-transcriptional regulation of hematopoietic stem and progenitor cell lineage priming by Rnases Regnase-1/-3 via Nfkbiz mRNA decay (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuya Uehata, Daisuke Ori, Masaki Miyazaki, Amir Giladi, Tomokatsu Ikawa, Hiroshi Kawamoto, Ido Amit, Osamu Takeuchi
  • 学会等名: 第50回日本免疫学会学術集会
• [学会発表] 炎症におけるRNA制御の分子基盤 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三野享史
  • 学会等名: 第50回日本免疫学会学術集会
• [図書] RNA Damage and Repair (2021)
  • 著者名/発表者名: Hia F and Takeuchi O
  • 総ページ数: 24
  • 出版者: Springer International Publishing
  • ISBN: 978-3-030-76570-5
• [備考] 炎症が制御される新たなメカニズムの解明
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2021-10-19-2
• [備考] 代謝を通じて免疫応答を制御する新たなタンパク質の発見
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2022-04-13
• [産業財産権] 肺高血圧症の検査方法、肺動脈性肺高血圧症の病態モデル動物、及び肺高血圧症の予防又は治療薬 (2021)
  • 発明者名: 竹内理、夜久愛、中岡良和
  • 権利者名: 竹内理、夜久愛、中岡良和
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2021-187370