理化学研究所、アレルギー発症の新たな分子メカニズムを発見
アレルギー発症の新たな分子メカニズムを発見
－Ｒｕｎｘ転写因子が免疫反応を制御するＴ細胞のＩＬ－４産生を抑制－
◇ポイント◇
・Ｔ細胞特異的にＲｕｎｘ転写因子機能を破壊したマウスがアレルギー様病態を発症
・Ｒｕｎｘ転写因子によるＩＬ－４サイレンサーの機能制御のメカニズムを解明
・喘息やアレルギーへの新たな治療方法の開発を可能に
独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）は、アレルギー疾患の発症に関与するインターロイキン－４（ＩＬ－４）の産生をＲｕｎｘ（ランクス）転写因子が抑制することを発見し、アレルギー疾患発症の新たな分子メカニズムを解明しました。これは、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）免疫転写制御研究チームの谷内一郎チームリーダー、直江吉則研究員らによる研究成果です。
免疫反応を調節するヘルパーＴ細胞には、１型ヘルパーＴ細胞（Ｔｈ１細胞）と２型ヘルパーＴ細胞（Ｔｈ２細胞）という細胞群が存在します。この２つの細胞群は、免疫反応のバランスを保つために重要で、Ｔｈ２細胞に偏った免疫反応は、アレルギー疾患の発症に繋がることが知られていました。特にＴｈ２細胞から産生するインターロイキン－４（ＩＬ－４）というサイトカインは、ＩｇＥの産生を促進し、過剰なＩＬ－４の産生はアレルギー疾患を誘発することが知られています。しかし、ＩＬ－４の産生を制御するメカニズム、特に同じＴ細胞のＴｈ１細胞でなぜＩＬ－４が産生されないかはよくわかっていませんでした。
研究チームは、ＣＤ４ ※１遺伝子の発現抑制に働くことが知られるＲｕｎｘ転写因子に着目し、遺伝子操作によりＴ細胞でＲｕｎｘ 転写因子の機能を破壊したマウスを作製し、このマウスが喘息様のアレルギー疾患を自然発症することを発見しました。その原因を調べた結果、Ｒｕｎｘ転写因子が機能しないＴ細胞を持つマウスでは、Ｔｈ１細胞からもＩＬ－４が産生されてしまうため、喘息様のアレルギー疾患が発症してしまうことがわかりました。さらに詳しく解析し、Ｒｕｎｘ転写因子がＩＬ－４遺伝子の発現を抑制するサイレンサーという領域に直接結合して、Ｔｈ１細胞でのＩＬ－４の産生を抑制しているメカニズムを発見しました。
今回のアレルギー疾患モデルマウスの樹立とアレルギー疾患の新しい発症機序の解明という研究成果から、アレルギー疾患の更なる病態解明や新たな治療薬の開発が期待されます。
本研究成果は、米国の科学雑誌『Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ』（８月６日号）に掲載されます。
１．背 景
病原体による感染を契機とした免疫応答が始まると、免疫反応を制御する役目を担うヘルパーＴ細胞は、幾つかの機能の異なる細胞群に分化しますが、大きくＴｈ１細胞とＴｈ２細胞に区別されます。Ｔｈ１細胞とＴｈ２細胞は、それぞれ細胞性免疫と液性免疫を活性化し、免疫応答を調節します。このＴｈ１細胞／Ｔｈ２細胞の分化バランスは、免疫応答の調節に非常に重要であり、Ｔ細胞の分化バランスの破綻は感染症、自己免疫疾患、アレルギーなどの免疫疾患の発症に深く関与します。Ｔｈ１細胞／Ｔｈ２細胞の分化には、サイトカインと呼ばれる物質が重要であり、Ｔｈ１分化にはインターフェロン－ガンマ（ＩＦＮ－γ）およびインターロイキン－１２（ＩＬ－１２）、Ｔｈ２分化にはインターロイキン－４（ＩＬ－４）が主に関与することが知られています。
これらのサイトカインは、細胞の分化ばかりでなくＴｈ１細胞／Ｔｈ２細胞の機能にも重要な役割を担っています。特にＴｈ２細胞から産生されるＩＬ－４は、アレルギーの発症に関与するＩｇＥの産生を促進するため、ＩＬ－４の過剰産生はアレルギー疾患の発症を誘発することになります。つまり、ＩＬ－４の産生を抑制的に制御することができると、アレルギー疾患を予防し制御することができると考えられます。しかしながらＩＬ－４産生を制御するメカニズムはまだよくわかっていませんでした。例えば、Ｔｈ１細胞はＩＬ－４を産生しませんが、なぜＴｈ１細胞に分化するとＩＬ－４が産生されなくなるのか、そのメカニズムは不明でした。
遺伝子の発現は、ゲノム上の制御領域の機能によって調節されています。Ｒｕｎｘ転写因子は、制御領域内の特異的なＤＮＡ配列に結合することで遺伝子の発現を調節する分子で、このような機能を持つ分子を転写因子と言います。研究チームは免疫系でのＲｕｎｘ転写因子の機能に注目して研究を進めました。
２．研究手法および研究成果
（１）Ｒｕｎｘ転写因子機能を欠損するマウスがアレルギー疾患を発症
研究チームは、Ｔ細胞でのＲｕｎｘ転写因子の機能を調べる目的で、遺伝子操作技術を使ってＴ細胞特異的にＲｕｎｘ転写因子の機能を欠損するマウスを作製しました。
その結果、驚いたことに、このマウスでは血中のＩｇＥ濃度が高く、肺には細胞が浸潤した炎症像がみられ、ヒトの喘息とよく似たアレルギー疾患を自然発症しました。つまり、Ｔ細胞でＲｕｎｘ転写因子の機能が無くなるとアレルギーが起こることがわかったわけです。
（２）Ｒｕｎｘ転写因子がＴｈ１細胞のＩＬ－４産生に重要な役割を担う
次に、Ｒｕｎｘ転写因子の機能を欠損したＴ細胞で、どんな異常が起こっているのかを調べました。その結果、Ｒｕｎｘ転写因子の欠損によりＴ細胞から過剰のＩＬ－４が産生されていることがわかりました。さらに、どのタイプのＴ細胞がＩＬ－４を産生しているのか調べてみると、本来ならばＩＬ－４を産生するはずのないＴｈ１細胞からもＩＬ－４が産生されていました。これは、Ｒｕｎｘ転写因子がＴｈ１細胞でのＩＬ－４産生抑制に重要な役割を果たしていることを示します（図１）。
（３）Ｒｕｎｘ転写因子がＩＬ－４サイレンサーに結合し生産を抑制
どのようにしてＲｕｎｘ転写因子はＩＬ－４の産生を抑制するのでしょうか？研究チームは、ＩＬ－４遺伝子座に存在するサイレンサーといわれる領域に着目しました。サイレンサーは、遺伝子の発現を抑制的に調節する制御領域の名称で、最近の研究からＩＬ－４遺伝子にもサイレンサー領域があることが報告されていました。そこで、研究チームは、クロマチン免疫沈降法※２という研究手法を用いて、Ｔｈ１細胞、Ｔｈ２細胞のそれぞれでＲｕｎｘ転写因子がＩＬ－４サイレンサーに結合しているか調べました。その結果、Ｔｈ１細胞では、Ｒｕｎｘ転写因子がＩＬ－４サイレンサーに結合していましたが、ＩＬ－４を産生するＴｈ２細胞では、Ｒｕｎｘ転写因子の結合は見られませんでした。これらの結果から、ＩＬ－４サイレンサーがその機能を発揮してＩＬ－４遺伝子の発現を抑制するには、Ｒｕｎｘ転写因子がＩＬ－４サイレンサーに結合する必要があることが判明しました（図２）。
（４）転写因子Ｇａｔａ－３はＲｕｎｘ転写因子とＩＬ－４サイレンサーの結合を解除
Ｔｈ２細胞では、なぜＲｕｎｘ転写因子がＩＬ－４サイレンサーに結合しないのでしょうか？研究チームは、Ｔｈ２細胞でのみ発現し、Ｔｈ２細胞において重要な機能を持つＧａｔａ－３といわれる転写因子に着目し、Ｔｈ１細胞にＧａｔａ－３を発現させてみました。その結果、Ｇａｔａ－３の発現によりＲｕｎｘ転写因子とＩＬ－４サイレンサーの結合が解除され、Ｔｈ１細胞からＩＬ－４が産生されました。つまり、Ｔｈ２細胞では、Ｇａｔａ－３が発現することにより、ＩＬ－４サイレンサーの機能を抑制してＩＬ－４が産生されることが明らかになりました。
これらの研究成果から、Ｒｕｎｘ転写因子が中心となってＩＬ－４サイレンサーの機能を制御することにより、ＩＬ－４遺伝子の発現が制御されるメカニズムが明らかとなりました。すなわち、ＩＬ－４産生を抑制するメカニズムを分子レベルで解明し、アレルギー疾患の新たな発症機序を発見したことになります。
３．今後の期待
今回の研究は、動物モデルを使って、Ｒｕｎｘ転写因子によるＩＬ－４産生抑制のメカニズムとその破綻によるアレルギー疾患発症のメカニズムを解明したものです。本研究によりＩＬ－４産生抑制の分子標的が明らかになったことは、従来のアレルギー疾患治療薬とは、異なる新規の薬剤の開発に繋がる成果といえます。また、アレルギーを自然発症するマウスとしてＲｕｎｘ転写因子変異マウスを樹立したことは、新規アレルギー薬の評価やさらなる病態解明に応用する新たな道を見出した成果ともなり、アレルギー疾患の病態解明や制御法の開発に大きく貢献すると思われます。
＜補足説明＞
※１ ＣＤ４
細胞の表面に存在する抗原マーカーのひとつ。Ｔ細胞は表面マーカーとしてＣＤ４やＣＤ８などを発現している。細胞表面にＣＤ４をもつＴ細胞はヘルパーＴ細胞として機能することが知られている。Ｒｕｎｘ転写因子はＣＤ４遺伝子のサイレンサーに結合することで、細胞傷害性Ｔ細胞でのＣＤ４遺伝子の発現を抑える。
※２ クロマチン免疫沈降法
細胞内でＤＮＡとタンパク質の結合を調べる実験手法。タンパク質をＤＮＡに結合した状態で固定した後、目的のタンパク質に対する抗体で免疫沈降を行う。免疫沈降物に含まれるＤＮＡ断片を解析する事で、目的のタンパク質がＤＮＡに結合しているかを検出する。
◆図１ Ｒｕｎｘ転写因子欠損によるＴｈ１細胞でのＩＬ－４産生
◆図２ Ｒｕｎｘ転写因子によるＩＬ－４産生抑制とその破綻によるアレルギーの発症メカニズム
（※図１・２は添付資料を参照）