平成13年度日本学術振興会未来開拓学術研究推進事業研究成果報告書概要



研究推進分野名 感染と生体防御
 
研究プロジェクト名 微生物感染における細胞性免疫の機能解明
 
(英文名) Functional Analysis of Cellular Immunity in Infectious Diseases
 
研究期間 平成9年度 〜 平成13年度

プロジェクト・リーダー名 研究経費 383,650千円
氏名・所属研究機関
所属部局・職名
小安 重夫 ・慶應義塾大学 ・医学部 ・教授 内訳 平成 9年度137,640千円
平成10年度51,100千円
平成11年度52,664千円
平成12年度67,666千円
平成13年度74,580千円

1.研究組織

氏名 所属機関・部局・職 研究プロジェクトでの役割分担
池田 康夫 慶應義塾大学・医学部・教授 サイトメガロウイルス感染と骨髄抑制の研究
石川 博通 慶應義塾大学・医学部・教授 腸管粘膜系におけるリンパ球分化と腸内感染における機能研究
竹内  勤 慶應義塾大学・医学部・教授 原虫の感染防御と薬剤耐性機能の解明

2.研究計画の概要

一般に細胞性免疫を担う中心となるのは胸腺内で分化した後に末梢リンパ組織へ移行するαβ型T細胞である。しかしながら最近の研究からは、γδ型T細胞、NK細胞、さらにNK細胞とαβ型T細胞の中間の性質を持つNKT細胞の存在やその生理的機能が解明されつつあり、感染防御におけるこれら非αβ型T細胞系リンパ球の重要性が提唱されている。これらの非αβ型T細胞T細胞系リンパ球は、単球・マクロファージ多型核白血球などの非特異的貪食細胞と、特異的抗原認識による生体防御を担うαβ型T細胞の中間に位置し、細菌・原虫・ウイルスなどの感染防御免疫の初期段階に重要な役割を演ずると考えられる。また、αβ型ヘルパーT細胞の機能的亜群である1型ヘルパーT細胞(Th1)および2型ヘルパーT細胞(Th2)のバランスも、微生物感染防御、たとえばマイコバクテリアやリーシュマニア感染防御に重要であるかが、このバランスの調節には非αβ型リンパ球由来のサイトカインが重要な役割を果たす。さらに、リステリア感染や骨髄を標的とするサイトメガロウイルスなどの感染防御にはNK細胞が重要な役割を果たすといわれる。
 本プロジェクトは、コアメンバーを中心とする4つの研究グループが微生物感染におけるこれら非αβ型リンパ球系の生体内生理機能の細胞レベル・分子レベルでの解明を目指し、生体防御機構の解明や感染防御法の戦略的開発へ貢献することを目的とする。

3.研究目的
(1)遺伝子改変動物を用いたTh1、Th2反応の制御機構の解明:Th1反応とTh2反応の制御にはサイトカインによる調節以外にも、少なくとも1部が遺伝的に規定されていることが純系マウスを用いた研究から明らかにされている。その詳細な分子機構を明らかにする。
(2)NK、NKT細胞の分化制御と微生物感染防御における機能:rag-2ノックアウトマウス(以下KOマウス)ではT、B細胞は見られないがNK細胞は正常に分化する。こで、このマウスモデルを用いて微生物感染におけるNK細胞の役割を解析する。
(3)原虫感染の分子機構、薬剤耐性機構ならびに宿主の感染防御免疫機構の研究:原虫感染防御にかかわる宿主側のエフェクター分子や細胞の同定、感染防御機構の解明、病態発現、抑圧に関与する宿主側の因子の解明を行なう。特にリーシュマニアやトリパノソーマ原虫を用いた感染免疫機構の解明を行う。また、薬剤耐性機構の解析から新たな薬剤の開発の方向性を探る。
(4)サイトメガロウイルス感染の分子機序とNK、NKT細胞の関与:NK細胞ならびにNKT細胞はIFN-γの生産によってウイルスに感染していない細胞にウイルス抵抗性を与えること、CTLの誘導にはTh1反応が重要であることなどから、ウイルスに対する防御反応におけるNK細胞ならびにNKT細胞の機能について明らかにする。
(5)腸管免疫における胸腺外分化T細胞の機能:腸管粘膜の感染防御免疫に重要な役割を演ずる腸管上皮細胞間T細胞(intestinal intraepithelial T lymphocytes ; iIEL)の大多数は胸腺非依存性に腸管局所で分化するT細胞であることから、その発達分化機構の細胞レベルおよび分子レベルでの解明を目指す。

4.研究成果の概要
4−1 研究計画、目的に対する成果
(1)Leishmania majorの感染制御にはTh1反応が必須である。この系を用い、Th1/Th2の分化において重要な遺伝的背景を担う細胞が樹状細胞(Dendritic cell:以下DC)であることを明らかにした。また、 (3)でも述べるように、Th1反応の開始に重要なDCによるインターロイキン(IL)-12の生産がフォスフォイノシタイド3キナーゼ(PI3K)によって負に制御されるということを明らかにした。
(2)NK細胞ならびにNKT細胞の自然免疫における機能の解析から予想外の成果が得られた。すなわち、微生物感染の初期に重要なサイトカインであるIFN-γの生産を担うのがNK細胞やNKT細胞ではなく、DCやマクロファージなどの抗原提示細胞であるという発見である。一連の実験から、抗原提示細胞由来のIFN-γが感染防御に重要であること、そして抗原提示細胞機能の発現にIL-15が重要であることを明らかにした。
(3)病原性赤痢アメーバに特異的な代謝経路を触媒するセリンアセチル転移酵素(SAT)ならびにシステイン合成酵素のクローニングに成功し、これらの酵素は哺乳類には存在しないため、有望な化学療法剤の開発の標的と考えられた。しかしながら、感染免疫に焦点を絞るべきという中間評価に基づき、11年度にて終了した。
   PI3KがB細胞ならびに消化管粘膜型肥満細胞の分化に必須であること、ならびに糞線虫(Strongyloides venezuelensis)感染におけるTh2反応の誘導と肥満細胞の動員に重要であることが明らかになった。
(4)抗原提示細胞由来のIFN-γの重要性が明らかになったため、NK細胞由来のIFN-γの機能は追及しなかった。サイトメガロウイルスの急性感染における著明な骨髄抑制に一致して、造血前駆細胞がFasを介してアポトーシスを起こしていることを明らかにした。
(5)マウス腸管粘膜固有層の陰窩に未分化Tリンパ球の集積する新しい腸管リンパ組織を見出し、これをクリプトパッチ(cryptopatch:CP)と命名し、CPがiIEL前駆細胞の発達分化する腸管局所であることを明らかにした。

4−2 研究計画、目的外の成果
当初は非αβ型リンパ球系の生体内生理機能の細胞レベル・分子レベルでの解明を目指したわけであるが、その結果、樹状細胞やマクロファージなどの抗原提示細胞の重要性が浮かび上がってきた。
また、PI3K KOマウスが消化管肥満細胞を欠損するという発見は必ずしも目的としたものではなかったが、結果として、消化管肥満細胞研究に新しいモデルを提供することとなった。

4−3 研究成果の展望
樹状細胞やマクロファージがが微生物感染において抗原提示のみならずIFN-γを生産することによって自然免疫系の活性化に機能したり、その後の獲得免疫系の調節に重要な役割を果たすことを明らかにしたことは特筆に値する。特に抗原提示細胞由来のIFN-γはオートクリン的に作用してマクロファージの活性化を促し、NK細胞由来のIFN-γよりもより速やかに感染に対処できると考えられる。3年前から発表をしているDCによるIFN-γの生産とその機能の研究は当初全く無視されたが、DCをテーマにした2001年のKeystone Symposiumに招待されたことに加え、いくつかの総説の執筆にも招待され、ようやく認められたようである。
γcを欠損する抗原提示細胞がIL-12やIFN-γの生産不全を呈し、これがIL-15のシグナルの欠損によることを示したが、γcの欠損はヒトでは伴性重症複合免疫不全症(X-SCID)の原因遺伝子であることを考えると、患者が易感染性を示すのは単にリンパ球系細胞の欠損によるだけではなく、抗原提示細胞の機能不全を伴う可能性を示唆する。この点に関しては検討することができなかったが、今後、臨床家との共同で是非取り組むべき課題であると考えている。
消化管内の肥満細胞研究に貢献し得る、新しいモデルマウスが開発された。類似した系に、全身の肥満細胞を欠損するW/Wvマウスが知られるが、この変異マウスにはC57BL/6とC3Hバックグラウンドしかいない。研究代表者らはPI3K KOマウスをTh1優位のC57BL/6マウスとTh2優位のBALB/cマウスに12代の戻し交配を終了しており、この点でW/Wvマウスにない利点を備えている。したがってこのモデルマウスは今後の肥満細胞研究の有用な実験系となることが期待される。
iIELの発達分化の場としてCPを発見したことは、これまで謎であった腸管内のT細胞の分化過程を明らかにするという成果をもたらし、この成果も今後さらに腸管のおける細菌感染症などの病態の理解、治療法の開発に貢献する新しい研究分野を切り拓くと期待される。

4−4 本事業の趣旨に鑑み、果たした役割
これまでの樹状細胞の研究は、抗原提示の分子機構の解析や、癌免疫における応用などに焦点が当てられてきた。また、感染におけるマクロファージの研究はその貪食能や殺菌能に注目されてきた。本研究から生まれた抗原提示細胞によるIFN-γを介したオートオクリン活性化モデルは感染免疫・自然免疫系の研究に新たな側面を切り拓いた。ヒトにおける感染病態や免疫不全の研究に新たな視点を与えるものと考えている。
今日様々なアレルギー疾患や自己免疫疾患が問題になる中で、Th1/Th2バランスの研究が盛んに行われている。樹状細胞がTh1/Th2を反応を決定する遺伝因子を担うという発見も、この分野に新たな視点を与えた。樹状細胞を標的にTh1/Th2バランスを人為的に調節するという新たなアプローチが今後進められていくと期待される。
 PI3K KOマウスの開発は、消化管肥満細胞研究に新たな側面を切り拓いた。今後、感染免疫における、あるいは炎症性腸疾患における肥満細胞の役割の研究が進展すると期待される。
 同様に、CPの発見も腸管内T細胞の発達・分化に新たな視点を切り拓いた。今後の腸管細菌感染症などの病態の理解、治療法の開発に貢献する新しい研究分野を切り拓くと期待される。

5.キーワード

(1)微生物感染、(2)自然免疫、(3)樹状細胞
(4)γ型インターフェロン、(5)1型ヘルパーT細胞、(6)2型ヘルパーT細胞
(7)肥満細胞、(8)腸管上皮内T細胞、(9)ノックアウトマウス

6.研究成果発表状況

A.学術雑誌論文(Journal Papers)
全著者名 論文名
Takehiko Mori, Shinichiro Okamoto, Reiko Watanabe, Tomoharu Yajima, Yasushi Iwao, Rie Yamazaki, Tomonori Nakazato, Norihide Sato, Toyotaka Iguchi, Hitomi Nagayama, Nobuyuki Takayama , Tomonori Hibi, and Yasuo Ikeda Dose-adjusted preemptive therapy for cytomegalovirus disease based on real-time polymerase chain reaction after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation
学術雑誌名 ページ 発行年
Bone Marrow Transplant. ??? ??? ??? ??? (in press)

全著者名 論文名
Taro Fukao, Taketo Yamada, Masanobu Tanabe, Yasuo Terauchi, Takayuki Ota, Tetsuro Takayama, Tomoichiro Asano, Tsutomu Takeuchi, Takashi Kadowaki, Jun-ichi Hata, and Shigeo Koyasu Selective loss of gastrointestinal mast cells and impaired immunity in PI3K-deficient mice
学術雑誌名 ページ 発行年
Nat. Immunol. 3 ??? 295-304 2002

全著者名 論文名
Yasuhiro Nishiyama, Hiromasa Hamada, Satoshi Nonaka, Hiroshi Yamamoto, Masanobu Nanno, Yasuo Katayama, Hidemi Takahashi, and Hiromichi Ishikawa Homeostatic regulation of intestinal villous epithelia by B lymphocytes.
学術雑誌名 ページ 発行年
J. Immunol. 168 6 2626-2633 2002

全著者名 論文名
Hiromasa Hamada, Takachika Hiroi, Yasuhiro Nishiyama, Hidemi Takahashi, Yohei Masanaga, Satoshi Hachimura, Shuichi Kaminogawa, Hiromi Takahashi-Iwanaga, Toshihiko Iwanaga, Hiroshi Kiyono, Hiroshi Yamamoto, and Hiromichi ishikawa Identification of multiple isolated lymphoid follicles on the antimesenteric wall of the mouse small intestine
学術雑誌名 ページ 発行年
J. Immunol. 168 1 57-64 2002

全著者名 論文名
Toshiaki Ohteki, Kazutomo Suzue, Chikako Maki, Takayuki Ota, and Shigeo Koyasu Critical role of IL-15-IL-15R for antigen-presenting cell functions of in the innate immune response
学術雑誌名 ページ 発行年
Nat. Immunol. 2 12 1138-1143 2001

全著者名 論文名
Toshiaki Ohteki, Chikako Maki, and Shigeo Koyasu Overexpression of bcl-2 differentially restores development of thymus-derived CD4-8+ T cells and intestinal intraepithelial T cells in IRF-1 deficient mice
学術雑誌名 ページ 発行年
J. Immunol. 166 11 6509-6513 2001

全著者名 論文名
Taro Fukao, David M. Frucht, George Yap, Massimo Gadina, John J. O'Shea and Shigeo Koyasu Inducible expression of Stat4 in dendritic cells and macrophages and its critical role in innate and adaptive immune responses
学術雑誌名 ページ 発行年
J. Immunol. 166 7 4446-4455 2001

全著者名 論文名
David M. Frucht, Taro Fukao, Christian Bogdan, Heike Schindler, John J. O'Shea, and Shigeo Koyasu Interferon-? production by antigen presenting cells: mechanisms emerge(Invited)
学術雑誌名 ページ 発行年
Trends in Immunol. 22 10 556-560 2001

全著者名 論文名
Taro Fukao and Shigeo Koyasu Expression of functional IL-2 receptors on mature splenic dendritic cells
学術雑誌名 ページ 発行年
Eur. J. Immunol. 30 5 1453-1457 2000

全著者名 論文名
Taro Fukao, Satoshi Matsuda, and Shigeo Koyasu Synergistic effects of IL-4 and IL-18 on IL-12 dependent interferon-? production by dendritic cells
学術雑誌名 ページ 発行年
J. Immunol. 164 1 64-71 2000

全著者名 論文名
Takehiko Mori, Shinichiro Okamoto, Sahoko Matsuoka, Tomoharu Yajima, Masatoshi Wakui, Reiko Watanabe, Akaru Ishida, Yasushi Iwao, Makio Mukai, Tomonori Hibi, and Yasuo Ikeda Risk-adapted pre-emptive therapy for cytomegalovirus disease in patients undergoing allogeneic bone marrow transplantation
学術雑誌名 ページ 発行年
Bone Marrow Transplant. 25 7 765-769 2000

全著者名 論文名
Kenji Suzuki, Takatoku Oida, Hiromasa Hamada, Osamu Hitotsumatsu, Mamoru Watanabe, Toshifumi Hibi, Hiroshi Yamamoto, Eiro Kubota, Shuichi Kaminogawa, and Hiromichi Ishikawa Gut cryptopatches: Direct evidence of extrathymic anatomical sites for intestinal T lymphopoiesis
学術雑誌名 ページ 発行年
Immunity 13 5 691-702 2000

全著者名 論文名
Karen Laky, Leo Lefrancois, Elizabeth G. Lingenheld, Hiromichi Ishikawa, Julia M. Lewis, Sara Olson, Kenji Suzuki, Robert E. Tigelaar, and Lynn Puddington Enterocyte expression of IL-7 induces development of (( T cells and Peyer's patches
学術雑誌名 ページ 発行年
J. Exp. Med. 191 9 1569-1580 2000

全著者名 論文名
Takatoku Oida, Kenji Suzuki, Masanobu Nanno, Yutaka Kanamori, Hisashi Saito, Eiro Kubota, Shingo Kato, Mamoru Itoh, Shuichi Kaminogawa, and Hiromichi Ishikawa Role of gut cryptopatches in early extrathymic maturation of intestinal intraepithelial T cells
学術雑誌名 ページ 発行年
J. Immunol. 164 7 3616-3626 2000

全著者名 論文名
Kyoko Nakajima-Nakano, Asao Makioka, Naoya Yamashita, Nobutake Matsuo, and Takashi Asai Evaluation of serodiagnosis of toxoplasmosis by using the recombinant nucleoside triphosphate hydrolase isoforms expressed in Escherichia coli
学術雑誌名 ページ 発行年
Parasitol. Int. 48 3 215-222 2000

全著者名 論文名
Yutaka Kanamori, Kenji Suzuki, Takatoku Oida, and Hiromichi Ishikawa Gut-associeted lymhpoid tissue "Cryptopatches" and intraintestinal development of murine T cells (Invited)
学術雑誌名 ページ 発行年
Mucosal Imunology Update 8 ??? 3-5 2000

全著者名 論文名
Satoshi Matsuda, Tomoko Suzuki-Fujimoto, Akiko Minowa, Hideki Ueno, Kenji Katamura, and Shigeo Koyasu Temperature-sensitive ZAP70 mutants degrading through a proteasome-independent pathway: restoration of a kinase domain mutant by Cdc37
学術雑誌名 ページ 発行年
J. Biol. Chem. 274 49 34515-34518 1999

全著者名 論文名
Toshiaki Ohteki, Taro Fukao, Kazutomo Suzue, Chikako Maki, Mamoru Ito, Masataka Nakamura, and Shigeo Koyasu Interleukin-12 dependent interferon-? production by CD8?+ lymphoid dendritic cells
学術雑誌名 ページ 発行年
J. Exp. Med. 189 12 1981-1986 1999

全著者名 論文名
Harumi Suzuki, Yasuo Terauchi, Mari Fujiwara, Shinichi Aizawa, Yoshio Yazaki, Takashi Kadowaki, and Shigeo Koyasu Xid-like immunodeficiency in mice with disruption of the p85? subunit of phosphoinositide 3-kinase
学術雑誌名 ページ 発行年
Science 283 5400 390-392 1999

全著者名 論文名
Masako Kohyama, Masanobu Nanno, Mariko Kawaguchi-Miyashita, Shinichiro Shimada, Mamoru Watanabe, Toshifumi Hibi, Schuichi Kaminogawa, and Hiromichi Ishikawa Cytolytic and IFN(-producing activities of (( T cells in the mouse intestinal epithelium are T cell receptor-( chain dependent
学術雑誌名 ページ 発行年
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96 13 7451-7455 1999

全著者名 論文名
Tomoyoshi Nozaki, Aiko Toh-e, Makoto Fujii, Hitoshi Yagisawa, Miki Nakazawa, and Tsutomu Takeuchi Cloning and characterization of a gene encoding phosphatidyl inositol-specific phospholipase C from Trypanosoma cruzi
学術雑誌名 ページ 発行年
Mol. Biochem. Parasitol. 102 2 283-295 1999

全著者名 論文名
Tomoyoshi Nozaki, Takashi Asai, Seiki Kobayashi, Fumio Ikegami, Masaaki Noji, Kazuki Saito, and Tsutomu Takeuchi Molecular cloning and characterization of the genes encoding two isoforms of cystein synthase in the enteric protozoan parasite(Entamoeba histolytica)
学術雑誌名 ページ 発行年
Mol. Biochem. Parasitol. 97 1 33-44 1998

全著者名 論文名
Tomoyoshi Nozaki, Tohru Arase, Yasuo Shigeta, Takashi Asai, Thomas Leustek, and Tsutomu Takeuchi Cloning and bacterial expression of adenosine-5'-triphosphate sulfurylase from an enteric protozoan parasite Entamoeba histolytica
学術雑誌名 ページ 発行年
Biochim. Biophys. Acta 1429 1 284-291 1998

全著者名 論文名
Takashi Asai, Daniel K. Howe, Kyoko Nakajima, Tomoyoshi Nozaki, Tsutomu Takeuchi, and L. David Sibley Neospora caninum: Tachyzoites express a potent type-1 nucleioside triphosphate dydrolase, but lack nucleoside diphosphate hydrolase activity
学術雑誌名 ページ 発行年
Exp. Parasitol. 90 3 277-285 1998

全著者名 論文名
Hisashi Saito, Yutaka Kanamori, Toshitada Takemori, Hideo Nariuchi, Eiro Kubota, Hiromi Takahashi-Iwanaga, Toshihiko Iwanaga, and Hiromichi Ishikawa Generation of intestinal T cells from progenitors residing in gut cryptopatches
学術雑誌名 ページ 発行年
Science 280 ??? 275-278 1998


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