分野：生命科学・医学系

キーワード：病原体センサー、シグナル伝達、自然免疫、樹状細胞

病原体センサーは「タップ」と「長押し」を区別していた―限られた数のセンサーで無数の病原体を識別する仕組みを解明―【研究成果のポイント】
uu
uセンサーによる病原体認識の「時間」と「強さ」の違いが異なる細胞応答を誘導することを発見
無数の病原体に対して限られた数のセンサーが適切な応答を誘導する生体の仕組みを解明
生体センサーの仕組みを応用した新規技術開発にも期待概要
大阪大学微生物病研究所の山崎晶教授（免疫学フロンティア研究センター、感染症総合教育研究拠点兼務）、渡邊美幸研究員（現・九州大学学術研究員）、元岡大祐助教の３人からなる研究グループは、病原体センサー（受容体）からの刺激の持続時間や強さが変わると応答が異なることを見出し、その仕組みを明らかにしました。限られた数の受容体で、多様な病原体を感知し適切な応答を誘導するための巧妙な仕組みと考えられます。本発見は、病原体に応じた特異的な免疫賦活法の開発や、精巧な生体センサーの仕組みを応用した情報伝達システムの開発につながることも期待されます。
同⼀のシグナル伝達ユニットを介する受容体
結核菌

Dectin-2

Mincle

恒常的な発現誘導型の発現

FcRg

同一のシグナル
サブユニット
始めから強いシグナルの時間
・強さの違い徐々に強くなる

樹状細胞

シグナルの時間経過（リン酸化Syk）
時間

ONTnfNFκB

ON

Ca2+

遺伝子発現

異なるクロマチン
構造の誘導

NFκB

Ca2+

ONOFF

オープンクロマチン
NFAT結合閉じたクロマチン
NFAT結合なし

遺伝子発現異なる閾値のスイッチへの変換

時間

Il2

遺伝子発現

異なる遺伝子発現時間
遺伝子発現時間Il2

特徴的サイトカインの誘導

図 1：病原体センサーが多様な標的を見分ける仕組み
病原体からのシグナルの「時間」

時間や「強さ」を見分けることで、異な誘導なしる細胞応答を誘導し多様な病原時間

異なる細胞応答

Tnf体に対応している。

多様な細胞応答

本研究成果は米国科学誌「Science Signaling」に日本時間 3 月 8 日（水）午前 4 時に公開されました。
タイトル：“The kinetics of signaling through the common FcRγ chain determine
cytokine profiles in dendritic cells”
著者名：Miyuki Watanabe, Daisuke Motooka and Sho Yamasaki

無刺激Dectin-2

Mincle40Il2

Dectin-2Tnf

無数の病原体に対して、ゲノム上にコードされた受容体の数は限られています。ところが、どのようにしMincle3001560
1201803601560
1201803601560
120180360

刺激時間 (min)

リン酸化Syk (%)

研究の背景

(min)

01560
12018036020(h)て限られた種類の受容体で多種多様な（時には予測不能な）病原体を感知し、適切な応答を誘導している
リン酸化Syk1010のかは分かっていませんでした。この仕組みが分かれば、今後、病原体に特異的な免疫応答を人為的に誘Syk2導することが可能になるとも期待されます。
無刺激01246 12研究の内容

Ccl12Ccl7Il2
Tnfsf18Egr1

Dectin-2124

Dectin-24Mincle

6 121266 12 (h)4121

本研究グループでは、同じ FcRγ※1 と会合する２種類の受容体（Dectin-2と Mincle※2）についてサイ2Cxcl2
Cxcl1
TnfIl1a
Cxcl3

Mincle4
トカイン※3 産生を指標に応答を比較しました。その結果、同一のFcRγ を介して活性化シグナルが入るに6も関わらず、Dectin-2 を刺激した時にしか IL-2 産生を誘導できないことが分かりました（図２）。次に、発現量： 低12高FcRγ の下流シグナルの質を比較したところ、Dectin-2 は始めから強い刺激が入るのに対して、Mincle では弱く持続した刺激であることを明らかにしました（図３）。
3020

図 2： Dectin-2 と Mincle のサイトカイン産生能の比較

10Dectin-2 シグナルでしか IL-2 産生は誘導されない。一方で、TNF 産生は両方の受容体からのシグナルで誘導される。

00 .01 .1 1 .01 .1 1

0 .01 .1 1 .01 .1 1

Dectin-2 Mincle

Dectin-2 Mincle

101
野生型

刺激時間 (min)121246 121

リン酸化Syk2

146 1224

Cxcl2
Cxcl1
TnfIl1aCxcl3

4830 600215430

Dectin-260Mincle

62 Syk4 6 12 (h)12IL-2 (pg/ml)

Ccl12Ccl7Il2
Tnfsf18
Egr115190260Mincle

300
刺激−−

高野生型

発現量： 低40…

0Dectin-20

無刺激60Mincle Tg

0…

3Tnf(h)200(min)

SykIl2Dectin-2Mincle Tg
MincleMincle
3野生型
00…

01560
120
1803601560
120
1803601560
1201803600 リン酸化Syk

400…

MincleMincle01560
120180360Dectin-2

リン酸化Syk (%)

無刺激

Dectin-2(h) 刺激時間 (min)(μg/well)

0…

00

10…

TNF (ng/ml)

IL-2 (ng/ml)

2612Mincle Tg

図 3： Dectin-2 と Mincle の細胞内応答の経時的比較
TNF (ng/ml)

IL-2 (ng/ml)

2 直下のシグナル分子 Syk
FcRγ
3 0 のリン酸化を経時的に比較すると、Dectin-2 では刺激早期に強いリン酸化が検出される一方で Mincle では遅れる。同時に、クロマチン動態を
ATAC-Seq 解析、遺伝子発現を RNA-Seq 解
201析にて比較すると、Dectin-2の早いシグナルでしか誘導できない応答とシグナルが早くても遅くても誘導できる応答に区別できる。
01000 .01 .1 1 .01 .1 10 .01 .1 1 .01 .1 1

Dectin-2 Mincle

Dectin-2 Mincle(μg/well)

この応答の違いは受容体の発現パターンを反映しており、発現様式を調節して Mincle を恒常的に発現させると、IL-2 産生を誘導できるようになることも分かりました（図４）。また、受容体は「強弱」を見分けていることも分かりました。さらに、その「時間」「強さ」を応答の違いに変換するスイッチの候補として、下※4流分子のリン酸化・セカンドメッセンジャー・クロマチン
Dectin-2
Mincle
野生型 Mincle 動態・遺伝子発現を経時的に比較したところ、Mincle Tg(h)036

野生型
刺激時間 (min)

リン酸化Syk01530 60

Mincle Tg
0153060

Il1aCxcl36
発現量： 低212高IL-2 (ng/ml)

TNF (ng/ml)

3020

1
Dectin-2シグナルの時だけカルシウム応答が ON になり、転写因子※5NFAT の活性化と特定のゲノム10領域の開きを確認しました（図５）。実際にそのゲノム領域を欠失したマウスを作成するとサイトカイン産生00が低下しました（図５）。以上から、同一のシグナルサブユニットから多様性を作り出す分子メカニズムの一0 .01 .1 1 .01 .1 10 .01 .1 1 .01 .1 1 (μg/well)

Dectin-2 Mincle端が明らかになりました。

Dectin-2(h)Dectin-2 Mincle

野生型 Mincle

MincleMincle Tg

0
野生型

3

刺激時間 (min)015

Mincle Tg

30 600153060

図 4：発現調節によるシグナルの変換
Dectin-2 は恒常的に発現しているがリン酸化Syk6

Mincle は刺激に伴い発現してくる。そこ
Syk

で、Mincle を Dectin-2 のように発現べると、Dectin-2 のような早いシグナ
0…

−

野生型

0…

−0…

刺激

000…

300…

48させたマウス（Mincle Tg）での応答を調

600…

24900

IL-2 (pg/ml)

12ルに変化し IL-2 産生能を獲得する。

Mincle Tg

Dectin-2
刺激IL-2産生Il21 kb

Mincle

細胞内カルシウム40+

Dectin-250 μm0*40−01500

Mincle Tg**

4+0

NFAT結合モチーフ

IL-2 (ng/ml)

Mincle

無刺激
Dectin-2**

3210

NFAT結合領域
欠失マウス

1野生型
−2105−299410#11#2000#3NFAT結合領域
欠失マウス

図 5： Dectin-2 シグナルが制御する Il2 発現調節領域の同定

Il2 遺伝子の上流には早いシグナルを誘導できる条件でのみ開く領域が存在する。その領域には転写因子 NFAT の結合モチーフが集積し、実際に NFAT 上流のカルシウム応答も Dectin-2 シグナルだけで活性化している。この NFAT 結合領域を含むオープンクロマチン領域を欠失するマウスでは Dectin-2 シグナルでの IL-2 産生が低下する。

本研究成果が社会に与える影響（本研究成果の意義）
本研究成果により、ゲノムにコードされた限られた種類の受容体で、多種多様な病原体を見分ける生体の仕組みの一端が明らかとなりました。今後、病原体の種類に応じた、副反応の少ない効果的な免疫賦活法の確立や、生体の精巧なシステムを応用した新たなセンサー技術開発への応用が期待されます。
特記事項
本研究成果は米国科学誌「Science Signaling」に日本時間 3 月 8 日（水）午前 4 時に公開されました。
タ イ ト ル ： “ The kinetics of signaling through the common FcRγ chain determinecytokine profiles in dendritic cells”
著者名：Miyuki Watanabe, Daisuke Motooka and Sho Yamasaki
ＤＯＩ：https://doi.org/10.1126/scisignal.abn9909.
なお、本研究は、AMED-CREST「画期的医薬品等の創出をめざす脂質の生理活性と機能の解明」及びJSPS 学術変革領域研究(A)「生体防御における自己認識の功と罪（自己指向性免疫学）」の一環として行われました。
用語説明※1 FcRγ
シグナル伝達のために機能するアダプター分子。細胞内領域に ITAM と呼ばれるシグナルモチーフを有し、受容体と会合することで細胞内に受容体からのシグナルを伝達する。
※2 Dectin-2 と Mincle
病原体センサー（自然免疫受容体）に属する C 型レクチン受容体であり、病原体由来の糖鎖を認識する。本研究では結核菌の細胞壁を構成する LAM（リポアラビノマンナン）を Dectin-2 が、TDM（トレハロースジミコール酸）を Mincle が認識することを利用して実験を進めた。
※3 サイトカイン
細胞から分泌される低分子タンパク質であり、サイトカイン受容体を介して細胞間の情報伝達を行う。
本研究では免疫細胞の増殖・活性化に寄与する IL-2 と炎症応答を惹起する TNF について検討した。
※4 クロマチン
ゲノム DNA とタンパク質の複合体のことで、遺伝子発現の際にはクロマチン構造が緩み露出したDNA（＝オープンクロマチン領域）に様々なタンパク質が近接できるようになる。
※5 転写因子DNA 配列を認識し結合することで転写の開始や調節を行うタンパク質の総称。