腸管関連リンパ組織内共生細菌アルカリゲネスによる免疫制御機能の解明

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K17997
• Research Institution: National Institutes of Biomedical Innovation, Health and Nutrition
• Principal Investigator: 細見 晃司 国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所, 医薬基盤研究所 ワクチン・アジュバント研究センター, 研究員 (00755762)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ミトコンドリア / アポトーシス / 樹状細胞 / 共生細菌 / アルカリゲネス

Outline of Annual Research Achievements

腸内細菌を介した免疫制御は、アレルギーなどの免疫疾患や糖尿病などの生活習慣病など様々な疾患に関わっていることが分かり、健康科学における新潮流となっている。我々は、腸管管腔だけではなくパイエル板などの腸管リンパ組織の内部にも細菌が共生していることを明らかにし「組織内共生」という新概念を提唱してきた。本年度は、アルカリゲネスが宿主細胞である樹状細胞の内部に共生していることに着目し、樹状細胞とアルカリゲネスとの共生メカニズム、さらにそれに連動する免疫制御との関連について培養細胞を用いた解析を行った。
昨年度の検討から、アルカリゲネスと樹状細胞の共培養系における樹状細胞の免疫学的な機能変化について大腸菌を比較対象として解析し、アルカリゲネスは大腸菌に比べて樹状細胞からのIL-6などの炎症性サイトカインの産生誘導能が低いこと、さらにそのメカニズムとして菌体成分であるLPSの活性が弱いことを見出している。本年度は、生理学的な観点から樹状細胞の機能変化について検討し、アルカリゲネスを取り込んだ樹状細胞では、ミトコンドリアの基礎呼吸量が上昇していることが明らかになった。ミトコンドリア活性は細胞死と関連することから、樹状細胞のアポトーシス細胞死について解析したところ、大腸菌を取り込んだ樹状細胞はアポトーシスが誘導されるのに対して、アルカリゲネスを取り込んだ樹状細胞ではアポトーシスがほとんど誘導されなかった。この結果はアルカリゲネスの樹状細胞内共生において重要な知見であると考えており、現在、その分子メカニズムの解明を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実施計画の通り、アルカリゲネスと樹状細胞の共培養系における樹状細胞の機能変化の解析から、免疫学的な観点から、炎症性サイトカイン産生の誘導におけるアルカリゲネスのユニーク性を明らかにし、さらに生理学的な観点から、ユニークなエネルギー代謝シフトと連動した形でアポトーシス細胞死が抑制されることを見出した。これまでの検討からアルカリゲネスのリンパ組織内共生には樹状細胞の存在が必須であることが明らかになっていることを考え合わせると、アルカリゲネスが樹状細胞の細胞死を抑制することで組織内における共生を維持していると考えられ、共生メカニズムにおける新規知見を得ることができたと考えており、件k乳は予定通り進捗していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

昨年の検討から、共生細菌であるアルカリゲネスと病原細菌である大腸菌ではLPSの活性に違いがあり、このため免疫学的な作用が異なることを見出している。今年度の検討から、樹状細胞のアポトーシス細胞死やミトコンドリア活性においても違いが見られたことから、次年度はLPS活性に着目し、樹状細胞の生理機能への作用を検討し、アルカリゲネスによる樹状細胞の機能制御メカニズムを明らかにする。また、LPSの活性はその活性中心であるリピドAの構造に依存することから、リピドAの構造解析を行い、リピドAの構造と活性と関連を明らかにする。これらの解析によって、アルカリゲネスの共生メカニズムについて分子生物学的な観点から明らかにしたいと考えている。

Causes of Carryover

当該年度は当初の予定よりも使用するマウスの数を減らすことができたため、物品費を安く抑えることができたためである。次年度にはこの予算を使用することでより網羅的な解析を進めたいと考えている。

Research Products

• [Journal Article] Impaired Mucociliary Motility Enhances Antigen-Specific Nasal IgA Immune Responses to a Cholera Toxin-Based Nasal Vaccine (2020)
  • Author(s): Lan H, Suzuki H, Nagatake T, Hosomi K, Ikegami K, Setou M, Kunisawa J.
  • Journal Title: Int Immunol Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1093/intimm/dxaa029
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Diversity of Energy Metabolism in Immune Responses Regulated by Microorganisms and Dietary Nutrition (2020)
  • Author(s): Hosomi K, Kunisawa J
  • Journal Title: Int Immunol Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1093/intimm/dxaa020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of the Oral Adsorbent AST-120 on Fecal P-Cresol and Indole Levels and on the Gut Microbiota Composition (2020)
  • Author(s): Sato E, Hosomi K, Sekimoto A, Mishima E, Oe Y, Saigusa D, Ito S, Abe T, Sato H, Kunisawa J, Niwa T, Takahashi N.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun . Volume: 525 Pages: 773
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.02.141
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] Maternal ω3 Docosapentaenoic Acid Inhibits Infant Allergic Dermatitis Through TRAIL-expressing Plasmacytoid Dendritic Cells in Mice (2020)
  • Author(s): Hirata SI, Nagatake T, Sawane K, Hosomi K, Honda T, Ono S, Shibuya N, Saito E, Adachi J, Abe Y, Isoyama J, Suzuki H, Matsunaga A, Tomonaga T, Kiyono H, Kabashima K, Arita M, Kunisawa J.
  • Journal Title: Allergy Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1111/all.14217
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Persistent Colonization of Non-Lymphoid Tissue-Resident Macrophages by Stenotrophomonas Maltophilia (2020)
  • Author(s): Takahashi I, Hosomi K, Nagatake T, Toubou H, Yamamoto D, Hayashi I, Kurashima Y, Sato S, Shibata N, Goto Y, Maruyama F, Nakagawa I, Kuwae A, Abe A, Kunisawa J, Kiyono H.
  • Journal Title: Int Immunol . Volume: 32 Pages: 133
  • DOI: 10.1093/intimm/dxz071
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 17( S),18( R)-epoxyeicosatetraenoic Acid Generated by Cytochrome P450 BM-3 From Bacillus megaterium Inhibits the Development of Contact Hypersensitivity via G-protein-coupled Receptor 40-mediated Neutrophil Suppression (2019)
  • Author(s): Saika A, Nagatake T, Kishino S, Park SB, Honda T, Matsumoto N, Shimojou M, Morimoto S, Tiwari P, Node E, Hirata SI, Hosomi K, Kabashima K, Ogawa J, Kunisawa J.
  • Journal Title: FASEB Bioadv . Volume: 2 Pages: 59
  • DOI: 10.1096/fba.2019-0006
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dietary Omega-3 Fatty Acid Dampens Allergic Rhinitis via Eosinophilic Production of the Anti-Allergic Lipid Mediator 15-Hydroxyeicosapentaenoic Acid in Mice (2019)
  • Author(s): Sawane K, Nagatake T, Hosomi K, Hirata SI, Adachi J, Abe Y, Isoyama J, Suzuki H, Matsunaga A, Fukumitsu S, Aida K, Tomonaga T, Arita M, Kunisawa J.
  • Journal Title: Nutrients Volume: 11 Pages: 2868
  • DOI: 10.3390/nu11122868
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Clostridium Perfringens Enterotoxin-Based Protein Engineering for the Vaccine Design and Delivery System (2019)
  • Author(s): Lan H, Hosomi K, Kunisawa J.
  • Journal Title: Vaccine Volume: 37 Pages: 6232
  • DOI: 10.1016/j.vaccine.2019.08.032
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] BLT1 Mediates Commensal Bacteria-Dependent Innate Immune Signals to Enhance Antigen-Specific Intestinal IgA Responses (2019)
  • Author(s): Nagatake T, Hirata SI, Koga T, Kuroda E, Kobari S, Suzuki H, Hosomi K, Matsumoto N, Yanrismet Y, Shimojou M, Morimoto S, Sasaki F, Ishii KJ, Yokomizo T, Kunisawa J.
  • Journal Title: Mucosal Immunol . Volume: 12 Pages: 1082
  • DOI: 10.1038/s41385-019-0175-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fatty Acid Metabolism in the Host and Commensal Bacteria for the Control of Intestinal Immune Responses and Diseases (2019)
  • Author(s): Hosomi K, Kiyono H, Kunisawa J.
  • Journal Title: Gut Microbes Volume: 23 Pages: 1
  • DOI: 10.1080/19490976.2019.1612662
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Analysis of Oral Microbiota in Japanese Oral Cancer Patients Using 16S rRNA Sequencing (2019)
  • Author(s): Takahashi Y, Park J, Hosomi K, Yamada T, Kobayashi A, Yamaguchi Y, Iketani S, Kunisawa J, Mizuguchi K, Maeda N, Ohshima T.
  • Journal Title: J Oral Biosci . Volume: 61 Pages: 120
  • DOI: 10.1016/j.job.2019.03.003
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Metabolism of Dietary and Microbial Vitamin B Family in the Regulation of Host Immunity (2019)
  • Author(s): Yoshii K, Hosomi K, Sawane K, Kunisawa J.
  • Journal Title: Front Nutr . Volume: 17 Pages: 48
  • DOI: 10.3389/fnut.2019.00048
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemically synthesized Alcaligenes lipid A as a new systemic and mucosal vaccine adjuvant (2019)
  • Author(s): Koji Hosomi, Atsushi Shimoyama, Wang Yunru, Ken Yoshii, Hiroshi Kiyono, Koichi Fukase, Jun Kunisawa
  • Organizer: ASM Microbe 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemically synthesized Alcaligenes lipid A as a specifically Th17 response-inducing vaccine adjuvant (2019)
  • Author(s): Koji Hosomi, Yunru Wang, Ken Yoshii, Atsushi Shimoyama, Hiroshi Kiyono, Koichi Fukase, Jun Kunisawa
  • Organizer: ISV 2019 Annual Congress
  • Int'l Joint Research