2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of pathogenic immunological memory to understand the pathogenesis of intractable inflammatory diseases
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19H05650
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
中山 俊憲 千葉大学, 大学院医学研究院, 教授 (50237468)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池原 譲 千葉大学, 大学院医学研究院, 教授 (10311440)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | アレルギー・ぜんそく / 病原性免疫記憶 / iBALT / Amphiregulin |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アレルギー疾患や自己免疫疾患は多因子疾患であり、遺伝的要因と環境要因が免疫細胞などに作用することで特定のクロマチン領域にエピジェネティックな変化が誘導され、その結果、複数の遺伝子発現変動が起こることで発症する。
また、免疫が関与する難治性疾患である成人喘息、アトピー性皮膚炎、自己免疫疾患、がんなどの病態形成には免疫記憶ヘルパー細胞の関与が報告されており、治療法の開発には免疫記憶細胞の分化・維持・多様な機能獲得の分子機構の理解が必須であるが、現在のところ分子機構についてはほとんど不明のままである。
我々はこれまでに記憶ヘルパーT細胞の分化およびアレルギー性気道炎症（喘息）を制御する分子機構に関して、分子レベル、遺伝子レベル、クロマチンレベルでの研究を一貫して行ってきた。本研究では、免疫学領域で残されている一大テーマである免疫記憶（immunological memory）成立における細胞や分子機構に関するプリンシプルを明らかにする。特に「我々が発見した生体にとって有害な病原性免疫記憶T細胞が分化し生体内で長期間維持される分子機構、すなわち病原性免疫記憶成立の分子機構」をクロマチンレベルおよび生体レベルで解明する。
実際には、1. アレルギー性気道炎症を起こす多様な“Pathogenic記憶Th2細胞”の分化経路の解析から、病原性機能の獲得や維持を担うマスター転写因子や、サイトカイン遺伝子の転写記憶（transcriptional memory）を司るエピジェネティック制御機構を解明する。2. 微小環境（場）の時空間的解析による制御因子の同定を目指す。3. ヒト（患者）の組織及び細胞で、最先端解析技術を用いて検証（Proof of Concept：POC）を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2019年度は下記の実験を行った。
1．“Pathogenic記憶Th2細胞”の分化・多様な機能の獲得・機能維持の分子機構の解明：Single cell RNA-Seqの手法を用いてリンパ組織の通常の記憶型Th2細胞、炎症肺での記憶Th2細胞、さらにST2+の記憶型Th2細胞をin vitro でIL-33刺激を加えて誘導したPathogenic 記憶Th2細胞を解析した。このデータを用いてpathogenic 記憶Th2細胞の分化経路や亜集団の同定を行っている。
2. “Pathogenic記憶Th2細胞の分化と維持を担う微小環境の時空間的な解析: 慢性アレルギー性炎症の肺組織でinduced bronchus-associated lymphoid tissue(iBALT)と呼ばれる誘導性異所性リンパ組織様構造が肺の血管近傍に形成されることを見出している。臨床上重要な環境抗原であるアスペルギルスやハウスダストマイト抗原の反復投与により肺内のiBALT形成を炎症初期・炎症ピーク期・炎症消退期にわけた時空間的組織学的解析で調べたところ、抗原の投与回数に応じてiBALTの数や線維の増生に影響が出ることが分かった。
3. ヒト患者の検体（慢性好酸球性副鼻腔炎）を用いた検証（POC）: 慢性好酸球性副鼻腔炎患者手術検体（ポリープ）から記憶型病原性T細胞を網羅的染色によりヒト病原性ヘルパーT細胞の細胞表面マーカー分子の同定および単離を行なった。さらにSingle-RNA-seqによる1細胞レベルでの網羅的遺伝子発現解析を行い、興味深い候補遺伝子を得ている。現在ではその詳細な解析を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、計画していた以下の実験を行う予定である。
1．Pathogenic記憶Th2細胞の分化・多様な機能の獲得・機能維持の分子機構の解明： Amphiregulin産生細胞が蛍光発色するマウスを用いたChIP-Seq、ATAC-Seq、RNA-Seq解析を継続して行う。また、2019年度に行ったSingle cell RNA-Seqの手法を用いた１細胞レベルでの遺伝子発現解析の情報を統合し、特に線維化誘導-Pathogenic記憶Th2細胞特異的な転写因子や細胞表面マーカーを同定し、Amphiregulin産生機構についてもエピジェネティックな解析を行う。
2. Pathogenic記憶Th2細胞の分化と維持を担う微小環境の時空間的な解析: 肺内のinduced bronchus-associated lymphoid tissue (iBALT)の形成と好酸球性炎症、気道のリモデリング、肺組織の線維化の連関について、1)多重免疫染色と共焦点レーザー顕微鏡を用いた免疫組織学的解析と平行する形で、2)走査型電子顕微鏡を用いて、上皮細胞の細胞外マトリックス、好酸球によって増生してくる線維細胞の細胞外マトリックス、線維芽細胞の増生や、平滑筋の肥大化などを指標に解析を進める。
3. ヒト患者の検体（慢性好酸球性副鼻腔炎、慢性過敏性肺臓炎など）を用いた検証（POC）: 慢性好酸球性副鼻腔炎患者手術検体（ポリープ）から単離した記憶型病原性T細胞を用いた、網羅的染色によるヒト病原性ヘルパーT細胞の細胞表面マーカー分子の同定、及び同細胞集団の単離後、ChIP-Seq、ATAC-Seq、RNA-Seq法によるエピジェネティックな網羅的解析を引き続き実施する。
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[Journal Article] CD103hi Treg cells constrain lung fibrosis induced by CD103lo tissue-resident pathogenic CD4 T cells2019
Author(s)
Ichikawa T, Hirahara K, Kokubo K, Kiuchi M, Aoki A, Morimoto Y, Kumagai J, Onodera A, Mato N, Tumes DJ, Goto Y, Hagiwara K, Inagaki Y, Sparwasser T, Tobe K, and Nakayama T.
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Journal Title
Nature Immunology
Volume: 20
Pages: 1469～1480
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Ezh2 controls development of natural killer T cells, which cause spontaneous asthma-like pathology2019
Author(s)
Tumes D, Hirahara K, Papadopoulos M, Shinoda K, Onodera A, Kumagai J, Yip KH, Pant H, Kokubo K, Kiuchi M, Aoki A, Obata-Ninomiya K, Tokoyoda K, Endo Y, Kimura MY, Nakayama T.
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Journal Title
Journal of Allergy and Clinical Immunology
Volume: 144
Pages: 549～560.e10
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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