東海大学［伊勢原校舎］（所在地：神奈川県伊勢原市下糟屋143、学長：山田 清志〔やまだ きよし〕）医学部の金児‐石野知子教授（現客員教授）、入江将仁元特任助教（元東京医科歯科大学特任助教）、伊東丈夫研究員、および東京医科歯科大学（所在地：東京都文京区湯島1-5-45、学長：田中 雄二郎〔たなか ゆうじろう〕）統合研究機構 石野史敏非常勤講師（東京医科歯科大学　名誉教授）、松沢歩元プロジェクト助教の研究グループは、東京医科歯科大学難治疾患研究所未来ゲノム研究開発支援室、大阪大学微生物病研究所、理化学研究所生命機能科学研究センター（BDR）生体モデル開発チームとの共同研究で、ウイルス由来で脳の病原体排除に機能する2つの哺乳類特異的獲得遺伝子が、脳の自然免疫に機能することを世界で初めて明らかにしました。
　この研究成果が2022年9月27日（火）、国際科学誌『Development』オンライン版で掲載されるとともに、同誌の記事「Research highlight」および「The People Behind the Papers」の中で取り上げられ、『Development』からプレスリリースが行われました。

　東海大学医学部の金児‐石野知子教授を中心とした研究グループと東京医科歯科大学の石野史敏教授を中心とした研究グループは共同で、レトロウイルス由来の遺伝子PEG10、PEG11/RTL1が、哺乳類の胎盤の形成や機能維持に必須であることを2001年から2008年にかけて明らかにしました（Ono et al., Genomics 2001, Nat Genet 2006; Sekita et al., Nat Genet 2008）。その後、この2遺伝子に加えて同様のレトロウイルス由来でヒトを含む哺乳類のゲノムに共通して保存されている9遺伝子を合わせて全11個のSIRH/RTL遺伝子（哺乳類特異的獲得遺伝子）について網羅的機能解析を行ってきました。この哺乳類だけが持つ11の遺伝子の作るタンパク質は、sushi-ichiレトロトランスポゾンのGAGタンパク質^※7に相同性を持つという共通性がありますが、アミノ酸配列やアミノ酸長はそれぞれ異なっており、各々独自の機能を持っています。例えば、Sirh7/Ldoc1/Rtl7は胎盤の内分泌機能を介して出産タイミングの制御を行う（Naruse et al., Development 2014）、Sirh11/Zcchc16/Rtl4 が脳内のノルアドレナリン量の制御を介し衝動的行動や空間記憶に関係する（Irie et al., PLoS Genet 2015）ことを明らかにしています。今回、Rtl6/Sirh3/Ldoc1lとRtl5/Rtl5/Sirh8/Rgag4が脳のミクログリア細胞^※6で発現し、脳の自然免疫反応の最前線で機能することを明らかにしました（図1）。

（1）RTL5/SIRH8とRTL6/SIRH3は脳内ミクログリアで発現する
  RTL5/SIRH8とRTL6 /SIRH3はどちらも、哺乳類でもヒトやマウスを含む真獣類に存在する レトロウイルスに由来する遺伝子で、11個のRTL/SIRH遺伝子群の中でお互いに系統的に近い関係にあります。RTL6遺伝子から作られるRTL6タンパク質は極めて塩基性の高いタンパク質 ですが、その配列が進化上で高度に保存されていることから、真獣類にとって重要な機能を持つと予想していました。しかし、タンパク質の発現場所と発現時期が不明で、これまでその機能は長らく謎でした。そこで、RTL6タンパク質の後ろに蛍光タンパク質であるVenusを繋いだノックイン（KI）マウス^※8を作製し、マウスの個体発生での発現を解析したところ、胎児期後期から新生児期にかけて脳を含む中枢神経系で発現していること（図2）、特異的マーカーである Iba1の免疫染色から、発現する細胞は脳の免疫細胞であるミクログリアであることを明らかにしました（図3）。RTL6とは逆にRTL5タンパク質は強酸性で、これには蛍光タンパク質mCherryを繋いだKIマウスを作製し、同様にミクログリア細胞で発現することを明らかにしました。どちらも、ミクログリアから細胞外に放出され脳内に細粒または少し大きな顆粒として分布しています。
 

（2）RTL5、RTL6は病原体排除に関わる
  ミクログリアは脳内唯一の免疫細胞であることから、強力な病原体物質であるLPSやdsRNA、非メチル化DNAとの反応を調べてみると、RTL6は投与したLPSに集まり、脳内の血管を守るようにバリアー状の構造を形成し、その中にRTL6/RTL5/LPSからなる複合体を形成しました（図4）。一方、RTL5は投与したdsRNAや非メチル化DNAの場所に集まり、RTL6/RTL5/dsRNA複合体や、非メチル化DNA には単独でRTL5/dsDNA複合体を形成しました。
 

（3）Rtl5、Rtl6 遺伝子を欠損すると病原体排除ができない
　さらに、Rtl6ノックアウト（KO）マウス^※9、およびRtl5 KOマウスでは、LPS、dsRNAの排除機能が著しく低下することを確認し（図5、図6）、RTL6、RTL5タンパク質がそれぞれ、LPS、dsRNA の排除に重要な機能を果たしていることを明らかにしました。
 

（4）RTL5、RTL6 は脳内の自然免疫システムの新しい構成要素である
　これらの結果から、レトロウイルス由来のRTL5、RTL6遺伝子が、脳内の自然免疫システムで、特定の病原体物質の排除に重要な機能を果たしていることが明らかになりました。
　LPSは生物にとって最も危険な病原体物質の一つであり、脳を細菌感染などから守る機能を持つようになったRTL6遺伝子が進化上で高度に保存されたと考えられます。
　また、新生児期に脳内の神経ネットワークが形成される際、ミクログリアは余分になったニューロン^※10やアストロサイト^※11の刈り込みにも機能していることが知られており、病原体排除以外にも脳内環境をクリーンに保ち、脳の健康を守る役割を果たしていると考えられます。 
 

　これまで、ゲノム内の外来のウイルスなどに由来するDNA配列はゴミと考えられ、多くは長い間、解析の対象とされていませんでした。これまでの共同研究グループによる一連の研究は、胎盤や脳機能にウイルス由来の獲得遺伝子が重要な機能を持つことを明らかにしてきましたが、脳の自然免疫に関わる機能が明らかになったのは世界で初めてです。脳の健康を守る役割を持つことから、これら遺伝子の変異がヒトの精神・神経疾患に関わる可能性が高いと考えられ、今後の研究が期待されます。
　また、ミクログリアが通常の免疫細胞とは異なり、個体発生上、胚体外組織である卵黄嚢に起源することから、この論文では、進化の過程でウイルス由来の獲得遺伝子が誕生する場として、胎盤や卵黄嚢といった胚体外組織の重要性を提唱しています。特に卵黄嚢の進化上の重要性については、初めて指摘した仮説となります。
 

〔用語解説〕
※1  Toll様受容体（TLR）：脊椎動物や昆虫などの自然免疫機構で働く細胞（マクロファージ、ミクログリア等）で発現するセンサーとして機能します。LPSや二本鎖RNAなどの細菌やウイルスなどの特徴的な構造を見分け、細胞内シグナル伝達系を活性化することで、病原体排除に必要な生体防御機構を誘導します。

※2　レトロウイルス：RNAを遺伝情報とするRNAウイルスの仲間です。逆転写酵素を持ち、1本鎖RNAに含まれる遺伝情報を2本鎖DNAに変換し、宿主細胞のゲノムに入り込む性質を持っています。それらは内在性レトロウイルスと呼ばれ、ヒトゲノムのおよそ8%を占めています。

※3  RTL5/SIRH8：スシイチレトロトランスポゾンのGAG（group specific antigen）に似たタンパク質をコードするRTL/SIRH遺伝子の一つ。X染色体上に存在し、599個のアミノ酸からなる強酸性のタンパク質を作ります。

※4  RTL6/SIRH3：スシイチレトロトランスポゾンのGAGに似たタンパク質をコードするRTL/SIRH遺伝子の一つ。常染色体上に存在し、243個のアミノ酸からなる極塩基性のタンパク質を作ります。

※5  LPS：グラム陰性菌の外膜に存在する多糖のことで、様々な炎症性サイトカインの分泌を促進する作用を持ち、マクロファージ、ミクログリアを活性化する働きもあります。

※6　ミクログリア細胞：脳脊髄などの中枢神経系を構成するグリア細胞の一つです。脳内で唯一の免疫細胞として自然免疫機構に機能します。卵黄嚢から発生し、骨髄に由来するマクロファージと起源が異なります。

※7  GAG タンパク質：レトロウイルスの GAG遺伝子から作られた後、タンパク質分解酵素で3つに分解され、ウイルス構造タンパク質（マトリクス、ヌクレオキャプシド、キャプシド）として機能します。

※8  ノックイン（KI）マウス：標的遺伝子に特定の突然変異や外来遺伝子などを入れたマウス。本研究では蛍光タンパク質を作るVenusやmCherry遺伝子を標的遺伝子の後ろに繋ぎ、蛍光を発する融合タンパク質を作らせることで、標的遺伝子の発現時期や部位を明らかにするために使っています。

※9 ノックアウト（KO）マウス：標的遺伝子を破壊したマウス。標的遺伝子が作るタンパク質が欠失したときに起こる様々な異常から、標的遺伝子の生体内での機能を推測するために使われます。

※10 ニューロン：中枢神経系を構成する神経細胞で、複雑なネットワークを形成して、情報処理や情報伝達に働きます。

※11 アストロサイト：中枢神経系を構成するグリア細胞の一つで、ニューロンネットワークを構造的に支えています。また、物質輸送を介して、周辺のニューロンや他のグリア細胞などの機能調節に関わっています。
 

＜研究内容についてのお問い合わせ＞
東京医科歯科大学 統合研究機構　非常勤講師
石野 史敏（イシノ フミトシ）（東京医科歯科大学 名誉教授）
E-mail：fishino.epgn[@]mri.tmd.ac.jp

東海大学 医学部 客員教授 金児-石野 知子（カネコ-イシノ トモコ）
E-mail：tkanekoi[@]is.icc.u-tokai.ac.jp

＜本ニュースリリースについてのお問い合わせ＞
国立大学法人東京医科歯科大学（TMDU）総務部総務秘書課広報係
E-mail：kouhou.adm[@]tmd.ac.jp

東海大学広報担当
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