●アレルギー・アトピー性疾患――［ II ］アレルギー性疾患とサイトカイン!転写因子

4．アトピーにおける IgE 受容体発現異常の遺伝子解析
西山千春＊

IgE 受容体は，抗原特異的 IgE 抗体を介したアレルギー反応の局面において重要な働きを担う．すなわち，高親和性 IgE 受容体（FcεRI）はマスト細胞や好塩基球の細胞表面に発現し，IgE 抗体とアレルゲンによって架橋されることにより細胞からのヒスタミンやサイトカインの放出を引き起こすアレルギー反応の鍵となる受容体である．
細胞あたりの FcεRI 発現量が血清中 IgE 濃度と正の相関にあり，アレルゲンに対する細胞感受性に影響を及ぼすことは古くから知られており，FcεRI の発現機構を解析することはアレルギー反応制御のために重要な課題であると考えられる．
われわれは FcεRI を構成するサブユニットのうち，FcεRI に必須かつ特異的な分子である α 鎖と「アトピー遺伝子」として知られている β 鎖の発現制御機構を解析している．一般に遺伝子の発現は，遺伝子上のプロモーター領域を中心に制御されており，転写調節因子と呼ばれる DNA 結合タンパク質群が遺伝子発現の特異性を決定する．α鎖プロモーターは転写調節因子 GATA-1 と PU.1 により協調的な活性化を受けていることを見いだしたが，マスト細胞に特異的にみられるこの協調作用は，基礎研究の観点から興味深い現象であるのみならず，本作用点が特異性の高い抗アレルギー剤開発につながる可能性を示す．一方，α 鎖プロモーター中，GATA-1 結合領域の近傍に存在する一塩基置換多型（Single Nucleotide Polymorphism ; SNP）が，GATA-1 のDNA への結合能，ひいてはプロモーター活性に影響を及ぼしていること，アレルギー発症の傾向と SNP の頻度に相関があることなどを見いだしている．β 鎖遺伝子についても，プロモーター中 SNP が同様に転写調節因子の結合やそれによる活性化に影響を及ぼす現象を観察している．多因子疾患であるアレルギーの原因遺伝子解明には，複数の要因を複合的に解析していくことが必要であるが，α 鎖，β 鎖のプロモーター構造や SNPs の役割をご紹介させていただくことにより，アレルギー疾患の原因遺伝子解明の一助となれば幸いである．

Novel single nucleotide polymorphisms（SNPs）in FcεRI α- and β-chain
promoters affecting the transcription activity : Possible relationshipto allergic diseases
CHIHARU NISHIYAMA Atopy（Allergy）Research Center, Juntendo University School of Medicineにしやま・ちはる：順天堂大学大学院医学研究科アトピー疾患研究センター講師．平成２年東京大学
大学院農学系研究科農芸化学専攻修士課程修了．同年アサヒビール
株式会社．平成12年順天堂大学医学部アトピー疾患研究センター助手．平成16年現職．主研究領域／分子生物学．免疫・アレルギー学．
タンパク質工学．
＊

52 第 126 回日本医学会シンポジウム

Key words

一塩基置換多型
プロモーター
転写調節因子高親和性 IgE受容体
マスト細胞

子であり，本分子がアレルギー反応に必要であることは，α 鎖ノックアウトマウスの解析

1．IgE 受容体を介したアレルギー反応からも確認されている1）．β 鎖は，FcεRI の細IgE 抗体を介した抗原特異的アレルギー反胞表面への発現量や IgE 抗体を介した刺激の応は，高親和性 IgE 受容体（FcεRI）によって細胞内への伝達強度に影響を及ぼすことに制御されている．すなわち，マスト細胞表面よって本受容体の機能を調節していることがに発現している FcεRI に IgE 抗体が結合し，報告されているが2），一方で遺伝子連鎖解析

さらにこの IgE 抗体が特異抗原によって架橋からアトピー疾患の原因遺伝子，「アトピー遺されることにより細胞の活性化が引き起こさ伝子」としても知られている3）．γ 鎖も FcεRIれる．活性化したエフェクター細胞からは，の発現と細胞内情報伝達機能に必須の分子で速やかにヒスタミンやロイコトリエンなどのあるが，他の Fc 受容体や TCR をも構成し広化学伝達物質が放出されると同時に，サイト範な細胞種に発現していることから，FcεRIカイン類の産生が誘導される．の発現は α 鎖と β 鎖の発現特異性を反映し

FcεRI は 3 種類のサブユニット α，β，γ 鎖ていると考えられる．

よりなり，β 鎖タンパク質を十分に発現しているマスト細胞や好塩基球では αβγ2 の四量2．IgE 受容体発現を制御するマスト細胞体構造と αγ2 の三量体構造を，単球，好酸球，特異的な調節機構

樹状細胞などでは αγ2 の三量体構造をとって細胞表面に発現している（図 1）．FcεRI を構FcεRI の発現は前述の通り α，β 鎖によっ成する分子の中で，α 鎖は IgE 抗体の Fc 部位て制御されていることから，α 鎖，β 鎖遺伝子と結合する FcεRI の発現に必須かつ特異的分の発現制御機構の解析は，マスト細胞特異的抗原（アレルゲン）によるFcεRIの架橋抗原

IgEαα

細胞外β細胞膜

図1γγαβγ 2型FcεRI

α γ 2型FcεRI

細胞内FcεRI（高親和性 IgE 受容体）の構造

α 鎖：IgE と直接結合するサブユニット．FcεRI の発現に必須かつ特徴的．
β 鎖：FcεRI の細胞表面への発現や架橋による細胞活性化を増幅する2）．
遺伝子連鎖解析から「アトピー遺伝子」として同定された3）．
γ 鎖：FcεRI の発現や細胞活性化のシグナル伝達に必須．

アレルギー・アトピー性疾患 53

な発現制御機構の解明につながる．同時に，誘導に重要な GATA-1 と単球・顆粒球系列分

その情報は FcεRI 発現を標的とした抗アレル化にかかわる PU.1 による協調的な転写活性ギー剤開発に役立つことが期待される．

化機構は，マスト細胞特異的遺伝子発現を調遺伝子の発現は第 1 エクソン直上にある節する機構として特徴的である．すなわち，プロモーターと呼ばれる領域によって制御さそれまでの研究では GATA-1 と PU.1 は互いれており，プロモーターの DNA 塩基配列にの機能を阻害する作用があることが知られて依存して基本転写因子群，転写共役因子，転おり，いずれかの発現が優勢になることが，写調節因子と呼ばれるタンパク質が直接ある

これら血球系細胞系列の分化決定機構の一つ

いは間接的に結合する（図 2）．個々の遺伝子と考えられていたのである．よって，GATA-1が各臓器や細胞種に適した組み合わせで発現と PU.1 がともに発現し機能していることがし，また細胞外刺激や細胞の状態に応じて遺マスト細胞の特徴であり，このことが FcεRIα伝子の発現が誘導される仕組みは，転写調節鎖プロモーターの稼働を決定していると考え因子によって調節されている．これまでの研ら れ る．最 近，PU. 1 と GATA-1 ま た は究から，FcεRIα 鎖のマスト細胞特異的発現制

GATA-2 の組み合わせが，α 鎖のみならずマ御機構にかかわる転写調節因子としてスト細胞分化そのものを方向づけている可能GATA-1，PU.1，Elf-1，YY1 が同定さ れ て き性も報告され5），マスト細胞特異的遺伝子発ている4）（図 3 A）．赤血球・巨核球系列の分化現機構の解析ツールとして用いた α 鎖プロ

基本転写調節因子群（RNAポリメラーゼを含む複合体）
転写共役因子エクソン
イントロン

転写調節因子

第1転写エクソン

遺伝子（染色体）

プロモーター領域
成熟化（スプライシング）

プレメッセンジャーRNA

メッセンジャーRNA
翻訳タンパク質

図2

遺伝子（染色体）の転写調節機構遺伝子を鋳型とした「転写」によりメッセンジャー RNA が合成される．
転写の調節は主にプロモーターと呼ばれる遺伝子領域が担当する．
プロモーター領域には基本転写調節因子群や転写調節因子が直接結合し，転写共役因子が間接的に結合する．

54 第 126 回日本医学会シンポジウム

A
基本転写調節因子群
GATA-1

PU.1

YY1

ヒトFcεRIα鎖遺伝子

マスト細胞

顆粒球 マクロファージ 樹状細胞

Elf-1

赤血球

巨核球

PU.1

GATA-1
転写調節因子の発現特異性

PU.1

B

多能性前駆細胞PU.1の発現が上昇しGATA-1, 2の機能が抑制される

GATA-2GATA-1の発現が上昇しPU.1の機能が抑制される

GATA-1GATA-1
PU.1

PU.1の発現が上昇するがGATA-1, 2は抑制されない

GATA-2GATA-1GATA-2赤血球系前駆細胞

マスト細胞前駆細胞

PU.1

GATA-1PU.1

図3

単球系前駆細胞

マスト細胞特異的転写調節機構

A：マスト細胞特異的なヒト FcεRIα 鎖の発現制御にかかわる転写調節因子（文献 4 より改変）．
GATA-1，Elf-1，PU. 1，YY1 は転写調節因子．GATA-1 と PU. 1，または YY1 が協調的にプロモーターを転写活性化する．Elf-1 はプロモーターを抑制．GATA-1 と PU. 1 による協調作用は両因子を発現しているマスト細胞に特徴的．
B：造血系細胞分化に伴う GATA-1，2 と PU.1 の協調・阻害関係（文献 5 より改変）．
転写調節因子の文字の大きさは発現レベルを表す．

モーター制御機構が裏づけられた（図 3 B）．

ス ク リ ー ニ ン グ，あ る い は GATA-1，PU.1

さらに，この特異的協調作用は基礎研究の観と DNA の複合体に関する構造生物学的な解点から興味深いのみならず，α 鎖をはじめと析によって FcεRI 発現抑制物質が発見，開発したマスト細胞特異的に活性化するプロモーされることが期待される．

ターとこれら転写調節因子の作用点が他の遺FcεRI は IL-4 刺 激 に よ り 発 現 が 増 強 す る

伝子や細胞への影響が少ない，特異性の高いが，これは 3 種類のサブユニットのうち，α抗アレルギー剤開発のターゲットとなること鎖が IL-4 により転写活性化されることによを示唆している．α 鎖プロモーターを用いたる．興味深いことにこの現象は，ヒトマストアレルギー・アトピー性疾患 55

上流プロモーター
ヒト遺伝子のみ
IL-4誘導性

直上プロモーター
ヒトから齧歯類まで恒常的発現
GATA-1？

エクソン1A 2A

PU.1

YY1

エクソン1-5

YY1Elf-1PU.1

図4

ヒトFcεRIα鎖遺伝子

ヒト FcεRIα 鎖の 2 つのプロモーター（文献 6 より改変）

上流プロモーター重要配列に結合する転写調節因子は未同定（？で表示）．

細胞ではみられるがマウスマスト細胞ではみから，各アレルのプロモーター活性や転写調られない．上述の α 鎖プロモーターは，ヒト節因子の結合力などについて比較を行った．

から齧歯類までその塩基配列がよく保存されその結果，T 型では本来の GATA-1 結合配列ている．このような状況で，ヒト遺伝子上，とオーバーラップするようにもう一つ GATA

GATA-1 と PU.1 による調節を受ける主要プモチーフが存在し，これにより GATA-1 が強ロモーターより 20 kb ほど上流にもう一つのく DNA に結合し，ひいてはプロモーターがプロモーターが発見された（図 4）．この上流強く転写活性化されることが判明した（図プロモーターは，直上プロモーターと違う組

7）
5）．日本人の場合，T!
T ホモが 85％，T!
C

み合わせの転写調節因子により制御されておヘテロが 15％ 程度で C!
C ホモが稀に観察さり，IL-4 刺激により活性化することが確認される．この SNP が受容体発現に及ぼす影響をれた6）．アレルギー疾患患者由来細胞ではし調べたところ，T!
T ホモが T!
C ヘテロに比べばしば α 鎖の mRNA 発現増強が観察されてて有意に好塩基球細胞表面の FcεRI 発現量がいることから，この上流プロモーターもまた高く，さらにアトピー性皮膚炎患者では健常アレルギー反応を制御する領域として抗アレ人に比べて有意に T!
T ホモが高頻度で検出

ルギー剤開発のターゲットの一つとなりえるされることが判明した7）．

かも知れない．

FcεRIβ 鎖は前述の通りアトピー遺伝子であること，FcεRI の機能を調節することなど

3．IgE 受容体関連遺伝子多型とアトピーから，α 鎖同様転写活性化機構解析は重要な情報をもたらすと期待される．これまでの解FcεRIα 鎖 直 上 プ ロ モ ー タ ー 中，GATA-1

析 か ら，そ の 遺 伝 子 発 現 は GATA-18），と PU.1 結合部位の間に-66 T!
C の一塩基置MZF-19），Oct-110）などによって制御されてい換 多 型（Single nucleotide polymorphism ;ることが明らかとなってきているが，その過SNP）が存在していた．それまで α 鎖の SNP程でやはりプロモーター中に複数の SNPs がに関する報告はなく，一方 SNP の位置がプロ発見されてきている10）．β 鎖はアトピー遺伝モーター重要配列の極めて近傍にあったこと子として同定されてから，アレルギー疾患と56 第 126 回日本医学会シンポジウム

PU.1

GATA-1

ヒトFcεRIα鎖遺伝子-66T/C-SNP-66T（アレルギー患者に多い）
DNAへ強く結合
GATA-1GATA結合配列 -66T

強い転写活性化
PU.1

GATA-1 PU.1
-66T

PU.1結合配列-66T（アレルギーを持たない健常人に多い）
弱い転写活性化

DNAへ弱く結合
GATA-1PU.1-66C

図5GATA-1 PU.1-66C

ヒト FcεRIα 鎖プロモーター上-66 の位置に発見された SNP（文献 7 のデータより作成）-66 が T の 場 合，本 来 の GATA-1 結 合 配 列 と オ ー バ ー ラ ッ プ す る よ う に も う 一 つGATA モチーフが存在する．

SNP に関する研究が多く報告されている遺しば認められてきた β 鎖遺伝子の第 7 エク伝子である．特に第 6 エクソンと第 7 エクソ

ソン SNP とアトピー疾患との正の相関が，プンにはアミノ酸置換を引き起こす SNPs が検ロモーター上 SNP の影響を間接的に反映し出されているが，これらのアミノ酸置換は βていた新たな可能性が提案される．

鎖の機能に影響を及ぼさないことが確認されこのように分子レベルでの機能解析という．このような背景から，タンパク質アプローチで，α 鎖，β 鎖遺伝子に新たなアレの機能ではなく，発現調節 機 能 の 違 い が βルギー関連 SNPs 候補が発見されたが，他の鎖を「アトピー遺伝子」たらしめている可能多くのアレルギー関連遺伝子 SNPs 同様，さ性が考えられた．そこで，β 鎖プロモーター約まざまな民族，多くの対象者について解析が1 kb 中に存在する 4 カ所の SNPs がプロモー行われることにより，アレルギー疾患原因遺ター機能や受容体発現量に及ぼす影響を調べ伝子解明が進むことが望まれる．さらに，複た結果，プロモーター上 SNPs の中に第 7 エ数の遺伝要因に加え，環境要因にも起因するクソンの SNPs と強くリンクし，さらに転写多因子疾患であるアレルギーの場合，個々の調節因子 YY1 の結合とプロモーター活性に遺伝子の関与は必ずしも明確に検出できない有意に影響を及ぼすものが存在していることことを考慮すると，今後は複数の因子を複合ていた

11,12）

16）が判明した ．このことから，これまでしば的に解析することが重要であると考えられアレルギー・アトピー性疾患 57

る．同時に，個人の SNPs に対応した医療の実現をめざすためには，今回 α，β 鎖の事例で示したような SNPs が遺伝子機能に及ぼす影響を解き明かすことが必須であろう．
（以上，ヒト検体を用いた解析に関しては，順天堂大学倫理委員会の承諾後その指針に沿って行われたものである）

おわりに個々の遺伝子発現を制御する因子として紹介してきた転写調節因子であるが，PU. 1 による細胞系列のコミットメント決定などにみられるように13〜15），最近，特異的遺伝子発現のみならず，細胞の形態変化や機能獲得までも引き起こし得ることが示されてきており，転写調節因子の発現や活性の制御機構もまた免疫・アレルギー応答を司る研究対象として興味深い．

〔文献〕
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6）Hasegawa M, Nishiyama C, Nishiyama M, et al : Regulation of the human FcεRI α-chain distal promoter. JImmunol 2003 ; 170 : 3732―3738.
7）Hasegawa M, Nishiyama C , Nishiyama M , et al : A
novel -66T !C polymorphism in FcεRI α-chain promoter affecting the transcription activity : possible re58 第 126 回日本医学会シンポジウム

lationship to allergic diseases. J Immunol 2003 ; 171 :1927―1933.
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J Immunol 2003 ; 170 : 334―340.
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13）DeKoter RP , Singh H : Regulation of B lymphocyte
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14）Dahl R , Walsh JC , Lancki P , et al : Regulation ofmacrophage and neutrophil cell fates by the PU.1 : C!
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Nat Immunol 2003 ; 4 : 1029―1036.
15）Nishiyama C, Nishiyama M, Ito T, et al : Overproduction of PU. 1 in mast cell progenitors : its effect on
monocyte- and mast cell-specific gene expression .
Biochem Biophys Res Commun 2004 ; 313 : 516 ―521.
16）Nishiyama C, Akizawa Y, Nishiyama M, et al : Polymorphisms in FcεRIβ promoter region affecting transcription activity : a possible promoter-dependent mechanism for association between FcεRIβ and atopy. J Immunol 2004 ; 173 (in press).

質疑応答

座長
（山本） どうもありがとうございました．
善本知広（兵庫医大） 私はマスト細胞と好塩基球の両方に興味があるのですが，今の先生のお話の中で，α1 の GATA-1 や PU.1 はマスト細胞に特定されているということでしたが，これは当然好塩基球もそのようなプロモーター領域を持っていると考えてよろしいでしょうか．
また，そのような好塩基球を使っことですか．
西山

配 列 と し て は，STAT6 binding site

た実験，あるいは PU.1 の発現が少し低いとが上流プロモーターにあることを確認していいうデータをお持ちでしょうか．

ますが，実際の STAT 6 の結合など詳細な解西山少なくともヒト好塩基球細胞株では析はまだ行っていません．

GATA-1 や PU.1 が発現し，プロモーター制御一 方，下 流 側 の major promoter に はにかかわっているようです．先ほど先生は骨STAT 6 結合配列はなく，IL-4 で刺激しても髄細胞から IL-3 で好塩基球とマスト細胞を応答しないことを確認しており，恒常的にマ分離しておられましたが，そのようにして調スト細胞で動く機能を持っているようです．

製できれば，マウス好塩基球についても確認できるかと思います．
善本

斎藤

関係ないかもしれませんが，臍帯血の造血幹細胞を培養してつくったヒトのマスマスト細胞の場合は，いわゆる con-ト細胞は IgE 受容体があまり発現していない

nective tissue type と，membrane type によっのです．
IL-4 を入れれば少しは出ますが，成人て，ヒスタミンの誘導が違いますが，このよのものとまったく違うのです．転写因子が違

うなプロモーター領域は違うタイプのマストう，プロモーターの配列が違うことはおそら細胞でも同様に発現していると考えてよろし

くないとは思うのですが，幼若な細胞と成熟いでしょうか．

した細胞ではどのようなことを考えたらよい

西山

FcεRI に 関 し て は 同 じ だ と 思 い ます．
ただ，それ以外の転写調節因子のバリエーでしょうか．
西山

おっしゃる通り，遺伝子が変わるこ

ションやプロモーターの強さなどはおそらくとはまずないと思いますが，その誘導してく違っているところがあると思います．

る過程で，発現してくる転写因子の発現量や斎藤博久（国立成育医療セ研） 細かい質問なのですが，非常に興味深い点があったので，種類が違っている可能性はあると思います．
座長

転写調節領域が新しい創薬のター

IL-4 による Fcε レセプターの α 鎖 の 発 現 調

ゲットになりそうだということと，アトピー節ですが，そのプロモーター領域のところに，遺伝子を発見されたということですね．どうIL-4 と STAT6 が結合する部位があるというもありがとうございました．

アレルギー・アトピー性疾患 59