広報活動

Print

2015年5月20日

理化学研究所
ケープタウン大学

マクロファージを活性化させる転写因子を発見

-結核菌などへの感染防御の仕組みを理解する新たな展開-

要旨

理化学研究所(理研)ライフサイエンス技術基盤研究センター細胞機能変換技術研究チームの鈴木治和チームリーダー、スガタ・ロイ研究員と、ケープタウン大学のフランク・ブロムバッハー教授らの共同研究グループは、結核菌などに対するマクロファージ[1]の感染防御機構が、転写因子Batf2の発現誘導によって制御されていることを発見しました。

マクロファージは免疫システムを担う細胞の1つで、生体組織からのシグナルや環境ストレスによって活性化し、感染防御や組織修復などさまざまな作用を示します。マクロファージの活性化は、T細胞[2]が分泌するインターフェロンガンマ(IFNγ)[3]や結核菌感染などの刺激で生じますが、マクロファージの複雑な活性化機構の全体像は、よく分かっていませんでした。

共同研究グループは、IFNγ刺激によるマクロファージの活性化において、これまで機能が不明とされていたBatf2が顕著に誘導されていることを発見しました。マクロファージでのBatf2の誘導は、IFNγ刺激や結核菌などの病原体感染による感染防御遺伝子の発現に必須であり、Batf2がこれらの感染防御遺伝子の発現を制御していることも分かりました。さらに、それらの感染防御遺伝子の制御部位の配列などを解析したところ、Batf2はIFNγ刺激や結核菌感染によって誘導されるIrf1と呼ばれる別の転写因子と複合体を形成し、感染防御に働く遺伝子の発現誘導を行っていることが示唆されました。

マクロファージの活性化に関わる新しい転写因子Batf2の発見は、これまで詳しく分かっていなかったマクロファージの感染防御機構を解明する大きな手がかりとなります。Batf2やその周辺因子を制御することで結核菌などに対する免疫反応を高めることができる可能性があり、今後の免疫学研究や新たな感染症治療薬の開発に役立つことが期待されます。

本研究は、科学技術振興調整費およびJST戦略的国際科学技術協力推進事業注)と南アフリカ国立研究財団(NRF)の支援を受けて実施され、成果は米国の科学雑誌『The Journal of Immunology』(6月15日号)に掲載されるに先立ち、オンライン版(5月8日付け)に掲載されました。

注)平成27年度より、国立研究開発法人日本医療研究開発機構 (AMED)医療分野国際科学技術共同研究開発推進事業に移管

背景

マクロファージは免疫システムに幅広く関わる細胞で、病原体の感染や生体組織からのシグナルや環境ストレスによって活性化し、感染防御や組織修復などさまざまな作用を示します。マクロファージの活性化機構は、古典的活性化と、それとは別経路を介した活性化の2つに大別できます。そのうち古典的活性化は、主にT細胞が分泌するインターフェロンガンマ(IFNγ)や結核菌などの病原体感染によって引き起こされ、炎症反応に関わる因子や一酸化窒素の放出による感染防御を行います。マクロファージの活性化に関わる遺伝子の研究は精力的に行われており、古典的活性化においては、サイトカイン[3]であるTNFαケモカイン[4]であるCCL5、抗菌性を持つ一酸化窒素の合成酵素NOS2など、さまざまな遺伝子の発現が誘導されることが分かっています。しかし、これらの遺伝子の発現に関わる転写因子はいくつか報告されているものの、古典的活性化における遺伝子発現制御機構の全体像はよく分かっていません。一方で、塩基性ロイシンジッパー型転写因子[5]ファミリーは、Batf、Batf2、Batf3の3つからなり、このうちBatfやBatf3は、免疫細胞である樹状細胞[6]、T細胞およびB細胞[2]の発生や機能制御に必須の役割を果たしていることが知られているものの、Batf2の機能はほとんど分かっていませんでした。

研究手法と成果

共同研究グループは、マクロファージの古典的活性化を制御する遺伝子を調べるため、マウス骨髄細胞から増殖分化させて作製したマクロファージを用いて、IFNγ刺激によって発現変化する遺伝子の探索を行いました。IFNγ刺激後から24時間にわたり、マクロファージで発現する遺伝子をマイクロアレイ法[7]により網羅的に調べた結果、Batf2が顕著に発現誘導されることを発見しました(図1)。

そこで、Batf2の発現誘導を人為的に阻害したマクロファージにIFNγ刺激を与えたところ、TNFαCCL5NOS2など感染防御遺伝子の発現誘導が抑制されたことから、これらがBatf2によって発現制御されていることが明らかになりました(図2)。マクロファージの感染防御機構は結核菌などの病原体感染によっても引き起こされますが、この場合にもBatf2が誘導され、感染防御遺伝子を発現制御していました。次に、Batf2に制御される遺伝子の発現制御部位の配列の特徴を調べたところ、Batf2と同様にIFNγ刺激や結核菌感染によって誘導される別の転写因子であるIrf1(図1)の結合配列が含まれていました。Batf2の機能とIrf1の関係に着目して解析を進めた結果、Irf1はBatf2と結合する能力があること、Irf1の発現誘導を人為的に阻害するとTNFαCCL5NOS2の発現が低下することがわかりました。これらの結果から、Batf2とIrf1は転写因子複合体を形成して感染防御遺伝子の制御部位に結合し、発現を誘導していることが示唆されました。

今後の期待

マクロファージの活性化は、免疫反応や炎症反応の誘導など、さまざまな生体防御に関わっていますが、その複雑な活性化機構の全容はいまだ明らかになっていません。マクロファージの古典的活性化を担う新しい転写因子Batf2の発見は、マクロファージの活性化機構を解明する大きな手がかりとなります。Batf2はマクロファージの古典的活性化のマーカー遺伝子であるため、Batf2を含む分子ネットワークが感染症に対する新薬・ワクチン開発の新たな標的となる可能性など、今後の免疫学研究や感染医療への貢献が期待できます。

原論文情報

  • Sugata Roy, Reto Guler, Suraj P. Parihar, Sebastian Schmeier, Bogumil Kaczkowski, Hajime Nishimura, Jay W Shin, Yutaka Negishi, Mumin Ozturk, Ramona Hurdayal, Atsutaka Kubosaki, Yasumasa Kimura, Michiel J.L. de Hoon, Yoshihide Hayashizaki, Frank Brombacher, Harukazu Suzuki, "Batf2/Irf1 induces inflammatory responses in classically activated macrophages, LPS and mycobacterial infection", The Journal of Immunology, doi: 10.4049/jimmunol.1402521

発表者

理化学研究所
ライフサイエンス技術基盤研究センター 機能性ゲノム解析部門 オミックス応用技術研究グループ 細胞機能変換技術研究チーム
チームリーダー 鈴木 治和 (すずき はるかず)
研究員 Sugata Roy (スガタ・ロイ)

ケープタウン大学 Health Science Faculty
教授 Frank Brombacher (フランク・ブロムバッハー)

お問い合わせ先

理化学研究所 ライフサイエンス技術基盤研究センター
チーフ・サイエンスコミュニケーター 山岸 敦 (やまぎし あつし)
Tel: 078-304-7138 / Fax: 078-304-7112

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
お問い合わせフォーム

産業利用に関するお問い合わせ

理化学研究所 社会知創成事業 連携推進部
お問い合わせフォーム

このページのトップへ

補足説明

  1. マクロファージ
    体内に侵入した細菌やウイルスなどの病原体、ウイルスに感染した細胞や細胞の死骸などを貪食する細胞。食べたものを無毒化するための殺菌成分を産生し、一酸化窒素はその1つ。異物一般に対する防御機構である自然免疫を担い、炎症反応の誘導やT細胞に異物の情報を伝え活性化させるなどさまざまな役割を持つ。
  2. T細胞、B細胞
    どちらも獲得免疫を担うリンパ球の一種。
  3. サイトカイン
    細胞間相互作用を担うタンパク質性因子のこと。インターフェロンγはウイルス感染で誘導される抗ウイルス系のサイトカインで、免疫反応や炎症反応に関わる。TNFαは、腫瘍の壊死に関わるサイトカイン。
  4. ケモカイン
    Gタンパク質共役受容体を介してその作用を発現する塩基性タンパク質。白血球などの遊走を引き起こし、炎症の形成に関与する。
  5. 塩基性ロイシンジッパー型転写因子
    ロイシンジッパーは転写因子に存在するモチーフの1つで、疎水性アミノ酸であるロイシンが繰り返し現れる配列を持つ。そのアミノ末端側の近傍に塩基性アミノ酸が集中する場合、塩基性ロイシンジッパーとよばれる。ロイシンジッパーは別の転写因子との相互作用を担い、塩基性アミノ酸はDNAとの結合に関わる。
  6. 樹状細胞
    樹状突起をもつ白血球。マクロファージとともに、異物の排除やT細胞に異物の情報を伝える細胞として働く。
  7. マイクロアレイ法
    既知の遺伝子の1本鎖DNA断片を高密度にスライドガラスなどに並べ、貼り付けたものをマイクロアレイと呼ぶ。これに組織や細胞から抽出したmRNAから調製した相補鎖RNAを結合させ、その結合量から個々の遺伝子の発現量を検出する方法。

このページのトップへ

古典的活性化マクロファージで発現が誘導される遺伝子群の図

図1 古典的活性化マクロファージで発現が誘導される遺伝子群

左:IFNγの刺激後24時間で、発現上昇が見られた主な遺伝子をグラフにプロットした。Batf2(黒丸)の顕著な発現上昇が観察された。

右:マクロファージの蛍光抗体染色写真。赤は細胞膜、緑はBatf2を示す。左の写真はIFNγ刺激前、右がIFNγ刺激後6時間の細胞像。

Batf2発現誘導の阻害による感染防御遺伝子の発現抑制の図

図2 Batf2発現誘導の阻害による感染防御遺伝子の発現抑制

IFNγに刺激されたマクロファージは様々な感染防御遺伝子の発現を誘導するが、Batf2の発現を人為的に阻害するとこれらの遺伝子の発現が抑制される。Tnf、Ccl5、Nos2ともに、IFNγ刺激(+)時は相対発現量が増える。しかし、shRNAよってBatf2の発現を阻害すると、IFNγ刺激(+)時であっても相対発現量の上昇は抑えられる。

このページのトップへ