広報活動

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2012年2月24日

独立行政法人 理化学研究所
東京理科大学

抗体産生を制御するゲノム領域「CNS-2」を発見

-リンパ濾胞内にあるT細胞(TFH細胞)による抗体産生メカニズムを解明-

ポイント

  • 抗体産生とアレルギーを制御するT細胞は異なる
  • ゲノム上のDNA配列「CNS-2」がTFH細胞の抗体産生に重要
  • 新しい視点に立ったワクチン開発に期待

要旨

独立行政法人理化学研究所(野依良治理事長)は、リンパ濾胞内に存在するT細胞(TFH細胞※1)が、インターロイキン-4(IL-4)※2遺伝子上に存在する非転写制御領域※3CNS-2(conserved noncording sequence-2)によって、IL-4の産生を制御していることを明らかにし、抗体産生に関わるT細胞の新たな機能を発見しました。これは、理研免疫・アレルギー科学総合研究センター(谷口克センター長)シグナル・ネットワークオープン研究ラボの久保允人客員主幹研究員(東京理科大学生命科学研究所分子病態学研究部門教授 兼務)、東京理科大学生命科学研究所分子病態学研究部門 原田陽介助教らによる共同研究グループの成果です。

2型ヘルパーT細胞(Th2細胞※1)は、サイトカイン※4の一種であるインターロイキン-4(IL-4)を産生し、B細胞※5の抗体産生を活性化します。特にアレルギー反応の中心的な役割を果たすIgE抗体※6は、主にTh2細胞から産生されるIL-4によって制御されることが知られています。一方で、B細胞は外的因子に応じてIgG1抗体などさまざまな抗体を産生することができ、リンパ節などの2次リンパ組織※7にあるリンパ濾胞※8内の胚中心※8と呼ばれる特別な場所で産生されます。リンパ濾胞だけに局在するTFH細胞は、最近の研究からIL-4を産生し抗体産生の制御に関する重要な因子と分かっていましたが、Th2細胞とTFH細胞の関係は不明のままでした。

共同研究グループは、抗体産生とアレルギー反応の両方に関与するIL-4に着目し、IL-4産生の制御に関わるさまざまな非転写制御領域を欠失させた遺伝子改変マウスを作製し、その領域とIL-4産生の関係性を調べました。その結果、IL-4遺伝子上に存在するCNS-2を欠失させたマウスでは、B細胞による抗体産生が大きく低下しましたが、Th2細胞によるアレルギー反応には影響ありませんでした。また、蛍光タンパク質を用いてCNS-2が活性化した細胞が光るように工夫したマウスでT細胞を観察したところ、TFH細胞だけが発光しました。このことから、CNS-2は、TFH細胞で機能して抗体産生に関与するIL-4の産生を制御する非転写制御領域であることを見いだし、アレルギー反応に関与するIL-4とは全く異なるメカニズムで制御されていることが分かりました。また、TFH細胞の動態を詳細に調べたところ、ナイーブT細胞が最初に抗原と出会うことによってTFH細胞が分化することも分かりました。今回の成果は、複雑な抗体産生のメカニズムの一端を明らかにしたことで、新しい視点に立った効率的なワクチンの開発につながることが期待できます。本研究成果は、米国の科学雑誌『Immunity』(2月24日号)に掲載されるに先立ち、オンライン版(2月23日付け:日本時間2月24日)に掲載されます。

背景

私たちの体には生まれながらにして免疫システムが備わっており、外部から侵入してきたウイルスや細菌などの病原体を攻撃して異物から体を守っています。特に抗体は、病原体に感染したときにそれらに結合して効率よく異物を排除する強力な生体防御反応のひとつです。ワクチンは、この抗体の機能を利用した最も効率の良い免疫療法といえます。インフルエンザなど新たなウイルスによる感染症の脅威に備えるには、さまざまな異物の種類に応じて的確に認識できる抗体をワクチンとして開発することが重要な課題となります。

免疫システムを担う司令塔的な存在のT細胞※1は、機能に応じてナイーブT細胞※9からヘルパーT細胞やキラーT細胞などさまざまな種類に分化します。そのうちの2型ヘルパーT細胞(Th2細胞)は、サイトカインの一種であるインターロイキン-4(IL-4)を産生し、B細胞の抗体産生を活性します。特にアレルギー反応の中心的な役割を果たすIgE抗体は、主にTh2細胞から産生されるIL-4によって制御されることが知られています。一方で、B細胞は外的因子に応じてIgG1抗体などさまざまな抗体を産生することができ、リンパ節などの2次リンパ組織にあるリンパ濾胞内の胚中心と呼ばれる特別な場所で産生されます。リンパ濾胞だけに局在するリンパ濾胞型ヘルパーT細胞(TFH細胞)は、最近の研究からIL-4を産生し抗体産生の制御に関する重要な因子であることが分かってきましたが、Th2細胞とTFH細胞の関係は不明のままでした。

そこで共同研究グループは、TFH細胞とサイトカイン産生の関係を調べるためにTFH細胞のサイトカイン産生の動態を可視化できる実験手法を構築し、TFH細胞がどのように作られ、どのように抗体産生に関与しているかを解明することに挑みました。

研究手法と成果

共同研究グループは、T細胞の抗体産生とアレルギー反応の両方に関わるIL-4に着目し、その産生の制御に関与するさまざまな非転写制御領域を欠失させた遺伝子改変マウスを作製し、それぞれの特性について調べました。その結果、IL-4遺伝子上に存在するCNS-2を欠失させたマウスでは、B細胞によるIgEとIgG1抗体の産生が大きく低下しましたが、Th2細胞によってIgE抗体が引き起こすアレルギー反応は影響ありませんでした。このことからCNS-2は、抗体産生に関与するIL-4の産生を制御する非転写制御領域であり、アレルギー反応に関与するIL-4は全く異なる制御メカニズムであることが分かりました。

CNS-2は、エンハンサー領域として知られており、遺伝子発現を増幅させる作用があります。そこで生体内でのCNS-2の動態を把握することを目的に、蛍光タンパク質であるGFPを用いて、CNS-2が活性化した細胞が光るように工夫したマウスを作成し、T細胞を観察しました。その結果、リンパ濾胞に局在するT細胞だけが発光しており、そのT細胞の遺伝子発現パターンを観察するとTFH細胞と非常に似ていました。つまり、CNS-2はTFH細胞だけに機能する非転写制御領域であることが明らかになりました。

さらにこのマウスを用いてTFH細胞の動態を詳細に調べたところ、生体内ではリンパ濾胞内にあるナイーブT細胞が最初に抗原と出会ってから3~5日後にTFH細胞へ分化して、抗体産生に関する機能を獲得することも分かりました。

以上の結果から、リンパ濾胞内に存在するTFH細胞は、CNS-2によってIL-4産生が制御されていることが分かり、そしてその制御メカニズムは、アレルギー反応に関わるTh2細胞のIL-4産生のメカニズムとは異なることも明らかにしました。これまで、アレルギー反応に関わるIgE抗体は、Th2細胞より産生されるIL-4によって制御されると考えられていましたが、今回の発見はTFH細胞が産生するIL-4によりIgEも他の抗体と同様に制御されることが示されました。また、TFH細胞は、リンパ濾胞内でナイーブT細胞が抗原刺激を受けることによって分化することも分かりました。

今後の期待

現代社会においてインフルエンザなどの感染症への対策は大きな課題です。2009年、世界中で感染拡大した新型インフルエンザウイルスの出現は、現代社会における感染症の脅威に警鐘を鳴らすことになりました。新型インフルエンザは2011年に収束しましたが、今後も新型インフルエンザが大流行する可能性があるといわれており、健康被害だけに留まらず社会的パニックを招く危険性が十分考えられます。これら予期できないパンデミックに備えるためには、効率の良いワクチンの開発が必要です。今回の成果は、抗体産生の詳細なメカニズムを明らかにすることにつながり、今後、新しい視点からのワクチン開発の実現や抗体産生のより明確な理解につながると期待できます。

原論文情報

  • Yohsuke Harada, Shinya Tanaka, Yasutaka Motomura,Yasuyo Harada,Shin-ichiro Ohno, Shinji Ohno,Yusuke Yanagi,Hiromasa Inoue, and Masato Kubo
    “The 3’ enhancer CNS2 is a crucial regulator in follicular helper T cells of interleukin-4 mediated humoral immunity”. Immunity .2012. doi: 10.1016/j.immuni.2012.02.002

発表者

理化学研究所
免疫・アレルギー科学総合研究センター
シグナル・ネットワーク研究オープンラボ
客員主幹研究員 久保 允人(くぼ まさと)
(東京理科大学生命科学研究所分子病態学部門教授 兼務)
Tel: 045-503-7047 / Fax: 045-503-7046

お問い合わせ先

横浜研究推進部 企画課
Tel: 045-503-9113 / Fax: 045-503-9117

報道担当

理化学研究所 広報室 報道担当
Tel: 048-467-9272 / Fax: 048-462-4715

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補足説明

  1. TFH細胞、Th2細胞、T細胞
    T細胞は、免疫応答の指令塔的存在のリンパ球。胸腺(Thymus)で形成されるのでT細胞と呼ばれる。各抗原に応じて異なる受容体(T細胞抗原受容体)を発現させて抗原を認識する。さまざまなサイトカイン(情報伝達物質)を産生し、B細胞などと連携して抗体産生するヘルパーT細胞や直接抗原細胞を破壊するキラーT細胞へ分化して免疫応答を進める。Th2細胞は、IL-4を含む複数のインターロイキンを産生してB細胞を活性化させ、アレルギーを引き起こすIgE抗体産生を促進する働きを持つことで知られている。TFH細胞とは、2次リンパ組織のリンパ濾胞内にあるヘルパーT細胞のこと。近年の研究からこのリンパ濾胞内のT細胞が抗体産生に重要な役割を果たすことが明らかになって濾胞ヘルパーT細胞(TFH細胞)と命名された。
  2. インターロイキン-4(IL-4)
    サイトカインの一種。アレルギーに関与するヘルパーT細胞(Th2細胞)から産生されるサイトカインでIgE抗体の産生を誘導するために必須な因子。またTh2細胞を増加させる働きも持ち、アレルギー反応を起こしやすい方向へ免疫のバランスをシフトさせる。
  3. 非転写制御領域
    ゲノム上でタンパク質に翻訳されない領域で、エンハンサーなど遺伝子の発現を制御に関与する機能を持つ。
  4. サイトカイン
    免疫応答に関する細胞同士の情報伝達にかかわるさまざまな生理活性をもつ可溶性タンパク質の総称。さまざまな免疫細胞から分泌され、標的細胞の増殖、分化、細胞死などを誘導する。サイトカインは免疫応答に対して促進と抑制の両作用を持ち、過度の炎症反応が起こらないよう巧妙に免疫反応を調節している。そのため、サイトカインは、アレルギー炎症の原因究明のカギであり、その鎮静化を制御する本質とも考えられている
  5. B細胞
    リンパ球の一種。他の免疫細胞やサイトカインの働きにより活性化し、それぞれの抗原を個別に認識して各抗原に適した抗体を産生する機能をもつ。
  6. IgE抗体
    抗体の1種でアレルギー患者の血液中に高濃度で存在するため、アレルギーの原因となる抗体成分と考えられている。IgE抗体によって起こるアレルギー反応は、喘息などの気道反応、アトピー性皮膚炎などの皮膚炎症がある。
  7. 2次リンパ組織
    抗体産生や細胞性免疫反応に関与する末梢性リンパ組織 リンパ節、脾臓、パイエル板、扁桃などがある。
  8. リンパ濾胞、胚中心
    リンパ濾胞とは、B細胞と濾胞樹状細胞から成る細胞が集合していて、免疫応答が起こるリンパ組織内で抗体が作られると考えられている領域のこと。胚中心とはリンパ濾胞の中心部にできる球状の構造で、活発に抗体がつくられる場所。
  9. ナイーブT細胞
    抗原に出会ったことのない未分化なT細胞のこと

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TFH細胞の抗体産生メカニズムの図

図 TFH細胞の抗体産生メカニズム

TFH細胞にはIL-4を産生する細胞群がおり、その産生はIl4遺伝子上に存在する非転写制御領域CNS‐2によって支配されている。すなわち、CNS‐2を使えるヘルパーT細胞だけが、TFH細胞としてIgG1抗体も含む複数の抗体産生を起こす能力がある。また、このCNS‐2を使うことができるTFH細胞が、共通のヘルパーT細胞の前駆細胞であるナイーブT細胞より分化することも明らかにした。
CXCR5: 細胞遊走を決める細胞表面分子。細胞遊走因子(ケモカイン)に対する受容体の一つ。
CD40L,CD40:CD40LはCD40のリガンドで、両者が結合し合うことで、T細胞とB細胞の関係を強める働きがある。この関係が成り立つことが、抗体を作る上で必要である。

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