第 17 回腸内細菌学会

75受賞講演 2

M 細胞の分化を制御する遺伝子の発見と M 細胞欠損マウスを用いた腸管免疫応答の評価
金谷高史
独立行政法人理化学研究所 統合生命医科学研究センター

受賞講演

体外環境との境界をなす腸管粘膜上皮には，食物の摂取に伴い様々な外来性の抗原が侵入してくる．
この中には生体にとって有害な細菌やウイルスも含まれていることから，腸管粘膜は常に感染症の危険に曝されているといえる．これらの外来抗原に対する防御システムを備えるため，腸管にはパイエル板をはじめとする免疫組織が発達している．パイエル板を覆う上皮細胞層には，M 細胞と呼ばれる特殊な腸管上皮細胞が点在している．M 細胞の役割は腸管内の抗原を取り込み，パイエル板の免疫担当細胞に抗原を供給することであり，腸管における抗原特異的な免疫応答に重要であるとされる．
これまで M 細胞を欠損するモデル動物は存在しなかったため，生体内における M 細胞の重要性を実証することは困難であった．本研究では M 細胞欠損マウスを用いた実験系を確立するため，M 細胞の分化を制御するマスター遺伝子の探索を行った．これまでに複数の M 細胞特異的に発現する遺伝子が発見されているが，分化に関与する遺伝子は同定されていなかった．これは M 細胞の分化を経時的に観察するための有効な手段がなかったからである．近年，サイトカインの一種である RANKL をマウスへ投与すると，通常 M 細胞が存在しない絨毛に M 細胞が誘導されることが報告された．この現象を活用し，M 細胞の分化段階を詳細に解析したところ，Ets ファミリー転写因子の一つである Spi-B が M 細胞に発現することを見出した．Spi-B 欠損マウスでは M 細胞が完全に消失していたことから，Spib が M細胞分化のマスター遺伝子であることが証明された．Spi-B 欠損マウスに Salmonella enterica serovar
Typhimurium（ネズミチフス菌）を経口感染させたところ，パイエル板への取り込みが大幅に減少することが観察された．このパイエル板への抗原取り込みの減少が，実際に免疫応答を阻害するかどうかを評価した．野生型および Spi-B 欠損マウスに，ネズミチフス菌を認識して活性化する T 細胞（SM1-T 細胞）を移入した後に，ネズミチフス菌を経口感染させてパイエル板での SM1-T 細胞の活性化を観察した．その結果，野生型マウスと比較して Spi-B 欠損マウスでは SM1-T 細胞の活性化が低下することが明らかとなった．この発見により，Spi-B 欠損マウスを M 細胞欠損モデルマウスとして用いることが可能となった．

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腸内細菌学雑誌

27 巻 2 号

2013

The identiﬁcation of master regulator for M-cell differentiation andthe evaluation of mucosal immune response in M-cell-deﬁcient mice
Takashi Kanaya
RIKEN Center for Integrative Medical Sciences
The mucosal surface of the mammalian gut is continuously exposed to a variety of foreign proteins and microorganisms, some of which are potentially harmful for the host. To protect fromthese dangers, the intestinal mucosa has evolved specialized organized lymphoid tissues such as
Peyer’s patches (PPs), the inductive site for intestinal immunity. Because PPs lack aﬀerent lymphatics, they directly sample intestinal luminal antigens across the epithelial barrier to initiate
immune responses. This task is accomplished by specialized epithelial cells within the follicleassociated epithelium covering the lymphoid follicles of PPs known as M cells. M cells possess ahigh capacity for transcytosis, which allows the rapid transport of antigens to underlying lymphoidtissues and subsequent antigen-speciﬁc immune responses. Thus, M-cell-mediated antigen transport
is important for the initiation of mucosal immune responses; however, the mechanisms of M-cell
diﬀerentiation are poorly understood because of the rarity of these cells. Recently, exogenous treatment of mice with receptor activator of NF-κ B ligand (RANKL), which is one of tumor necrosis
factor superfamily cytokines, was identiﬁed as a strong inducible factor of ectopic M-cell diﬀerentiation in the villous epithelium of small intestine. Therefore, we took advantages of RANKL
treatment to understand M-cell diﬀerentiation. Firstly, we examined the expression of multiple
M-cell markers (Marcksl1, CCL9 and GP2) upon RANKL treatment, and found that M-cell markers exhibited distinct expression patterns. The localization of these M-cell markers in crypt-villus
axis after RANKL treatment indicates that Marcksl1 expression begins at an early stage of M-cell
diﬀerentiation, whereas expression of CCL9 and GP2 requires further maturation. On the basisof these ﬁndings, we propose that in vivo RANKL treatment is a powerful experimental tool for
tracing the individual steps of M-cell diﬀerentiation. Next we attempted to identify M-cell lineagespeciﬁc transcription factors expressed early in M-cell diﬀerentiation by examining whole gene
expression proﬁle during RANKL administration. As a result, we identiﬁed that Spi-B, an Ets family transcription factor, was highly upregulated shortly after RANKL treatment. Its expression wasclearly observed in the nuclei of GP2-positive M cells, indicating the substantial role of Spi-B inM-cell diﬀerentiation. To determine the role of Spi-B in M-cell diﬀerentiation, we examined Spib-/mice. Spib-/- mice lacked GP2-positive M cells, whereas Marcksl1-expressing cells were remained inSpib-/- mice. Considering the expression of GP2 in mature M cells, Spib-/- mice were hypothesized
to have defect in M-cell function. To assess this possibility, we investigated the transcytosis ofantigens in PPs of Spib-/- mice by orally administrating Salmonella enterica serovar Typhimurium(S. Typhimurium). As expected, we found that translocation of S. Typhimurium was markedly
decreased in PPs of Spib-/- mice compared with that of wild-type mice. Consistent with the defectin transcytotic capability, S. Typhimurium-speciﬁc T-cell activation was severely impaired in Spib-/mice. Taken together, we conclude that Spi-B is a master regulator of M-cell diﬀerentiation andSpib-/- mice can be used for elucidating the physiological and pathological functions of M cells.