マルチオミクス機械学習による制御性T細胞の可塑性と不均一性の解明

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K09810
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 猪俣 武範 順天堂大学, 医学部, 准教授 (10645667)
• 研究分担者: 中村 正裕 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (40634449)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: マルチオミクス解析 / 免疫寛容 / 制御性T細胞 / 角膜移植 / 眼免疫 / RNAseq

研究実績の概要

角膜移植は世界で年間60,000件以上行われる最も多い臓器移植であるが、感染症や再移植で血管新生や炎症が惹起された高リスク角膜に対する移植では40-90%の拒絶反応を伴う。制御性T細胞の挙動が拒絶反応克服の手がかりであるが、炎症などの外部環境の変化により転写因子であるFoxp3が発現を失って免疫抑制能が低下する現象「制御性T細胞の可塑性」に申請者は注目した。ただし、制御性T細胞の不均一な特性がその有効活用を阻んでいる。
そこで本研究は、実験的に血管新生と炎症細胞を誘導した高リスク角膜移植系を用い、そこで出現する制御性T細胞に対してマルチオミクス解析と機械学習との新しい連携により制御性T細胞の可塑性・不均一性に関わる分子プロファイルの挙動全貌の解明に挑む。この成果により、制御性T細胞の免疫抑制能を低下することなく、移植臓器へ安定的に誘導する免疫誘導経路の確立を目指す。
該当年度は、角膜移植後の角膜移植片を採取し、シングルセルRNAシークエンスを実施した。シークエンスされた遺伝子に対し、深層学習ならび次元削減アルゴリズムを用い、角膜移植片における免疫細胞を31個の免疫細胞のクラスターに層別化した。そのうち、T細胞の含まれるクラスターを特定し、発現変動遺伝子を解析したところ、高リスク角膜移植では、120遺伝子の増加と144遺伝子の発現の減少が明らかになった。

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

該当年度は角膜移植後の角膜移植片サンプルを用いたシングルセルRNAseqならびにRNAシークエンスのプロトコルの確立と実施ならびに解析を開始し、進捗は良好である。COVID-19感染拡大のため、シークエンス結果の受託の遅延を認めたが、概ね進捗は良好である。

今後の研究の推進方策

角膜移植14日後の角膜移植片サンプルを用いたシングルセルRNAseqならびにRNAシークエンスにおける遺伝子発現のパターンを機械学習により同定し、免疫細胞の可塑性に関わる遺伝子群や分子経路の特定をおこう。

次年度使用額が生じた理由

COVID-19感染拡大により、RNAシークエンスの納期の遅延が生じた。翌年度の研究における経時的な角膜移植片サンプルに対するRNAシークエンスならびにシングルセルRNAシークエンスの試薬等に次年度使用額を使用する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Topical administration of the kappa opioid receptor agonist nalfurafine suppresses corneal neovascularization and inflammation (2021)
  • 著者名/発表者名: Shokirova Hurramhon、Inomata Takenori、Saitoh Tsuyoshi、Zhu Jun、Fujio Kenta、Okumura Yuichi、Yanagawa Ai、Fujimoto Keiichi、Sung Jaemyoung、Eguchi Atsuko、Miura Maria、Nagino Ken、Hirosawa Kunihiko、Kuwahara Mizu、Akasaki Yasutsugu、Nagase Hiroshi、Murakami Akira
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: epub
  • DOI: 10.1038/s41598-021-88118-6
• [雑誌論文] Novel immunotherapeutic effects of topically administered ripasudil (K-115) on corneal allograft survival (2020)
  • 著者名/発表者名: Inomata Takenori、Fujimoto Keiichi、Okumura Yuichi、Zhu Jun、Fujio Kenta、Shokirova Hurramhon、Miura Maria、Okano Mikiko、Funaki Toshinari、Sung Jaemyoung、Negishi Naoko、Murakami Akira
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: epub
  • DOI: 10.1038/s41598-020-76882-w
• [雑誌論文] Variable Responses to Corneal Grafts: Insights from Immunology and Systems Biology (2020)
  • 著者名/発表者名: Di Zazzo Antonio、Lee Sang-Mok、Sung Jaemyoung、Niutta Matteo、Coassin Marco、Mashaghi Alireza、Inomata Takenori
  • 雑誌名: Journal of Clinical Medicine 巻: 9 ページ: 586～586
  • DOI: 10.3390/jcm9020586
• [学会発表] Immunotherapeutic effects of ripasudil on corneal allograft survival (2021)
  • 著者名/発表者名: Takenori Inomata
  • 学会等名: The 7th Asia Cornea Society Biennial Scientific Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multi-Omics Profiling for the Plasticity and Heterogeneity of Regulatory T Cells in corneal transplantation (2021)
  • 著者名/発表者名: Takenori Inomata
  • 学会等名: 第125回日本眼科学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Inhibitory effect of kappa opioid receptor agonist on corneal neovascularization (2021)
  • 著者名/発表者名: ショキロワ フラムホン, 猪俣 武範, 長瀬 博, 斉藤 毅, 藤尾 謙太, 奥村 雄一, 村上 晶
  • 学会等名: 角膜カンファランス2021
• [学会発表] Ex vivo-induced bone marrow-derived myeloid suppressor cells prevent corneal allograft rejection in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhu Jun, Takenori Inomata, Keiichi Fujimoto, Koichiro Uchida, Kenta Fujio, Ken Nagino, Maria Miura, Naoko Negishi, Yuichi Okumura, Yasutsugu Akasaki, Kunihiko Hirosawa, Mizu Kuwahara, Atsuko Eguchi, Shokirova Hurramhon, Ai Yanagawa, Akira Murakami
  • 学会等名: 角膜カンファランス2021