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A01　 応答ゾーン、連携ゾーンの解析

核酸認識TLRによるエンドソーム・ライソソームの応答ゾーンの解明

齋藤伸一郎
東京大学　医科学研究所　感染遺伝学分野

研究概要

自然免疫を担う受容体であるToll様受容体(TLR)にはウイルスなどの核酸成分を認識する核酸認識TLRがある。核酸認識TLRは小胞体でタンパク合成され、小胞体やゴルジ体にて糖鎖修飾された後にエンドソーム・ライソソームに移行する。そしてそこでリガンドである核酸成分を認識して活性化し、免疫反応を惹起する。核酸認識TLRは小胞体やゴルジ体にて糖鎖修飾されるだけでは受容体として不完全であり、エンドソーム・ライソソームに移行した後に数種類のカテプシンにより蛋白質が限定的に分解されて、活性化できる受容体となる。つまり核酸認識TLRはエンドソーム・ライソソームでだけ機能できるように仕組まれている。我々は核酸認識TLRの中でもウイルスの2本鎖RNAを認識するTLR3とウイルスの1本鎖RNAを認識するTLR7、そしてウイルスのDNAの非メチル化CpG配列を認識するTLR9について研究を行っている。現在TLR3、TLR7、TLR9はエンドソーム・ライソソームにおいて分布が異なり、異なる低分子量G蛋白質に会合して制御されていることを解明しつつある。TLR3はRab7aと会合するが別の低分子量G蛋白質ADP ribosylation factor-like 8b (Arl8b)とは会合しなかった。反対にTLR7はArl8bと会合し、Arl8bと共局在もみられる一方でRab7aとの共局在は殆ど認められなかった。Rab7aKO樹状細胞ではTLR3刺激による炎症性サイトカインの産生が著しく増強するがTLR7の反応は正常であった。一方Arl8b遺伝子発現欠損マウス由来の樹状細胞ではTLR7の炎症性サイトカインの産生が著しく増強するが、TLR3の反応は正常であった。さらにTLR9に関してはTLR7と共局在せず、Rab7aKO樹状細胞ではTLR9刺激による反応は正常であったが、Arl8b欠損マウス由来の樹状細胞ではTLR9刺激による炎症性サイトカインの産生は著しく減少した。これらの結果はTLR3、TLR7、TLR9は異なる小胞に存在して、異なるメカニズムで活性化の調節が行われていることを示唆していた。我々はそれぞれの小胞の特異性を詳細に明らかにすることを研究目標の一つとしている。そしてTLR9に特異的な低分子量G蛋白質を明らかにする。さらに我々の解析によりTLR3とTLR7はリガンドを認識した小胞にて炎症性サイトカインの産生のためのシグナル伝達が始まり、その後小胞は移動して1型インターフェロン産生のためのシグナル伝達の場へ移ることが明らかになった。この炎症性サイトカイン産生のための小胞と1型インターフェロン産生のための小胞の関係、さらに各々の小胞の特性について詳細に検討することがもう一つの研究目標である。

代表的な原著論文

  1. Saitoh, SI., Saitoh, YM., Kontani, K., Sato, K., Miyake, K. (2019) ADP-ribosylation factor-like 8b is required for the development of mouse models of systemic lupus erythematosus. International Immunology. 31(4):225-37. doi: 10.1093/intimm/dxy084. PubMed PMID: 30753473.

  2. Furusho, K., Shibata, T., Sato, R., Fukui, R., Motoi, Y., Zhang, Y., Saitoh, SI., Ichinohe, T., Moriyama, M., Nakamura, S., Miyake, K. (2019)  Cytidine deaminase enables Toll-like receptor 8 activation by cytidine or its analogs. International Immunology. 31: 167-173. doi: 10.1093/intimm/dxy075. PubMed PMID: 30535046.

  3. Sato, R., Kato, A., Chimura, T., Saitoh,S., Shibata, T., Murakami, Y., Fukui, R., Liu, K., Zhang, Y., Arii, J., Sun-Wada, GH., Wada, Y., Ikenoue, T., Barber, GN., Manabe, T., Kawaguchi, Y., Miyake, K. (2018) Combating herpesvirus encephalitis by potentiating a TLR3-mTORC2 axis. Nature Immunology. Sep 10, doi: 10.1038/s41590-018-0203-2. 
  4. Saitoh, S. I., Abe, F., Kanno, A., Tanimura, N., Mori Saitoh, Y., Fukui, R., Shibata, T., Sato, K., Ichinohe, T., Hayashi, M., Kubota, K., Kozuka-Hata, H., Oyama, M., Kikko, Y., Katada, T., Kontani, K., and Miyake, K. (2017) TLR7 mediated viral recognition results in focal type I interferon secretion by dendritic cells. Nat Commun 8, 1592-1604
  5. Kanno, A., Tanimura, N., Ishizaki, M., Ohko, K., Motoi, Y., Onji, M., Fukui, R., Shimozato, T., Yamamoto, K., Shibata, T., Sano, S., Sugahara-Tobinai, A., Takai, T., Ohto, U., Shimizu, T., Saitoh, S., and Miyake, K. (2015) Targeting cell surface TLR7 for therapeutic intervention in autoimmune diseases. Nat Commun 6, 6119-6130
  6. Fukui, R., Saitoh, S., Kanno, A., Onji, M., Shibata, T., Ito, A., Matsumoto, M., Akira, S., Yoshida, N., and Miyake, K. (2011) Unc93B1 restricts systemic lethal inflammation by orchestrating Toll-like receptor 7 and 9 trafficking. Immunity 35, 69-81
  7. Fukui, R., Saitoh, S., Matsumoto, F., Kozuka-Hata, H., Oyama, M., Tabeta, K., Beutler, B., and Miyake, K. (2009) Unc93B1 biases Toll-like receptor responses to nucleic acid in dendritic cells toward DNA- but against RNA-sensing. J Exp Med 206, 1339-1350
  8. Saitoh, S., Arudchandran, R., Manetz, T. S., Zhang, W., Sommers, C. L., Love, P. E., Rivera, J., and Samelson, L. E. (2000) LAT is essential for Fc(epsilon)RI-mediated mast cell activation. Immunity 12, 525-535

総説

  1. 齋藤伸一郎 (2019) 形質細胞様樹状細胞のTLR7による1型インターフェロン産生誘導機構の解明、感染　炎症　免疫 49: 31-41.

  2. 齋藤伸一郎 (2018) Toll様受容体(TLR)７の応答と細胞内ロジスティクス、医学のあゆみ 265(13): 1087-1093
  3. Miyake, K., Shibata, T., Ohto, U., Shimizu, T., Saitoh, S. I., Fukui, R., and Murakami, Y. (2018) Mechanisms controlling nucleic acid-sensing Toll-like receptors. Int Immunol 30, 43-51.
  4. Saitoh, S. (2009) Chaperones and transport proteins regulate TLR4 trafficking and activation. Immunobiology 214, 594-600.
  5. Saitoh, S. and Miyake, K. (2009) Regulatory molecules required for nucleotide-sensing Toll-like receptors. Immunol Rev 227, 32-43.
  6. Saitoh, S. and Miyake, K. (2006) Mechanism regulating cell surface expression and activation of Toll-like receptor 4. Chem Rec 6, 311-319.
  7. 齋藤伸一郎 (2017) Toll-like receptor 7が1型インターフェロンを産生するにはLFA-1が重
    要な役割を果たしている　エンドトキシン・自然免疫研究 20, 54-56 医学図書出版 https://www.juntendo.ac.jp/graduate/laboratory/labo/seikagaku_seitaibogyo/jeiis/pdf/No20/No20-4-11.pdf