Japanese Scientists in Science Signaling 2021

シグナリングに載った日本人研究者
ご挨拶
米国科学振興協会（AAAS）の公式刊行物であるScience Signalingは、世界的な科学学術誌 Scienceの姉妹誌として、Cell Signaling（シグナル伝達）に関する先進的な研究成果を毎週発信しています。同誌は1996 年にSignal Transduction Knowledge
Environment（STKE）
として創刊され、今に至るまで飛躍的な発展を遂げている生物学の基盤を支えてきました。
この「シグナリングに載った日本人研究者」は、「サイエンス誌に載った日本人研究者」の姉妹冊子として2015 年に刊行され、通算 8 号目を数えます。本冊子には、2021 年にScience Signalingで発表された4 件の研究を紹介しています。
今回は、神経細胞の運命を決定する機構や致死的疾患の治療標的となる分子機序について、また生体内で重要な役割を果たす分子の制御機構、さらには免疫細胞の寿命に関与する作用について、興味深い研究が紹介されています。
本誌には、アブストラクトの翻訳に加え、それぞれの論文の著者の方々より寄稿いた
だいた、研究の論点をわかりやすく記した解説文を掲載しています。シグナル伝達の研究は、単なる生物学の一領域という位置づけを超えて、生体制御機構のあらゆる側面に関わる重要な知見をもたらしています。本誌が、生命科学研究に携わる多くの方にとってインスピレーションの基盤となることを祈念しています。
本誌は未来の日本の科学界を担う学生・生徒の教育にも活用していただく目的で、大学等研究機関図書館のほか、国内のスーパーサイエンスハイスクールに配布されています。今後もシグナル伝達、そしてScience Signalingにぜひご注目いただければ幸いです。
最後に、本誌の制作にあたり、ご多忙の中、ご協力いただきました日本人研究者の皆様に心より御礼申し上げます。そして、多大なるご支援を賜りましたコスモ・バイオ
株式会社様に深く感謝を申し上げます。
2022 年 3月
編集チーム一同

20

Science Signaling 投稿について
Science Signalingは、生理学および疾患に関するSignal

Supplementary Materials：デジタルリソース、大きなデー

transduction（シグナル伝達）を対象とした最先端の研究成

タセット、ビデオまたは音声ファイルなど。印刷媒体では提供

果を取り上げる週刊の科学専門誌です。

できない、または論文の理解や評価に不可欠ではない場合

以下に、Science SignalingのInformation for Authors（投稿規定）の簡易日本語版を掲載します。
あくまでこの記事は抜粋版であり、すべての規定を網羅しているわけではないことをご了承ください。投稿前には、後述のウェブサイトで、最新の完全版を必ずご確認ください。

掲載される論文・記事の種類
Research Articles：生体制御（regulatory biology）に関すのみ添付可。各資料について簡単な説明を記載すること。

ポリシー
Science Signalingに掲載される論文の著者に対し、AAAS
は論文への貢献の性質とレベル、データと材料を共有する義務に関する理解、利益相反などについて適切な情報の開示を求めています。投稿の際には、関連する書類の提出が必要です。

る画期的な研究成果を発表する原著論文。主なテーマは細Science Signalingにおける研究成果の発表に関するポリ胞内 / 細胞間 / 生体内のシグナル伝達と制御、および生体

シーは、Scienceに準ずるものとします。

制御機構のシステムレベル解析（systems level analysis ofregulatory biology）。構成はアブストラクト、本文（Introduction、Results、Discussion、Materials and Methods）。論文の理解、評価に不可欠ではない場合のみSupplementary MaterialとScience: editorial policies
https://www.sciencemag.org/authors/science-journalseditorial-policies

して別途添付可。

投稿

Research Resources：Research Articleに投稿された論Science Signalingでは、オンラインで論文の投稿を受け付け

文のうち、細胞や生物の生体制御に関連する仮説駆動型ています。ファイル形式等の詳細は論文・記事の種類ごと

ではない研究（検証済みの新たなツールや技術、データに定めています。

ベース、データセットの紹介等）。
Focus：Science Signalingで発表された論文に対するコメンタリー。編集者からの寄稿依頼による。
Reviews：シグナル伝達および生体制御に関する研究の新たな展開についての総説。読者の理解を容易にするため、教科書レベルで解説した「注釈（gloss）」
を付ける。

原稿の作成
参考文献および注記：引用する順に番号を付す（本文、参考文献、表、図の説明文の順）。私信やDOIのない印刷中（in press）の原稿は参考文献に含めない。
図表：すべて本文と同じファイルに含める。登場順に番号を付ける。論文の種類により規定が異なるので、それぞれのinstructions for authorsにて詳細を確認すること。
図説明文（legend）：本文と参考文献の間に記載。図中で使用する用語、略語、記号および単位は、本文と揃えること。図のタイトルは1 行目に記載。
表：本文を補足するものとし、同じ内容を重複して記述しないこと。登場順に番号を付ける。表説明文（legend）の1 文

Information for Authors（一般的な情報）：

https://www.science.org/content/page/science-signalinginformation-authors

Research ArticleおよびResearch Resources（初回投稿）：
https://www.science.org/content/page/signaling-instructionsresearch-articles-initial-submission
Focus（初回投稿）：

https://www.science.org/content/page/signaling-instructionsfocus#ContentTop

Reviews（初回投稿）：

https://www.science.org/content/page/signaling-instructionsreviews

オンライン投稿システム
https://cts.sciencemag.org

論文投稿に関する問い合わせ先
E-mail: sciencesignalingeditors@aaas.org

目は、記述的な短いタイトルとする。各カラムには見出しを付
け、測定単位を括弧内表示。同一カラム内で単位を変更し
ないこと。

1

Japanese Scientists in Science Signaling 2021
シグナリングに載った日本人研究者

Science Signaling 投稿について… ……………………………………………………………………………………………1

2017年1月3日号
1月12日号

Research
Editorial Article
Guide

増強されたBMPシグナル伝達は
オートファジー性 β-カテニン分解を抑制することによって
頭蓋神経堤細胞の分化運命を軟骨形成に決定づける…………………………………………………4
Augmented BMP signaling commits cranial neural crest cells to a chondrogenic fate by suppressing
autophagic β-catenin degradation
Associate Professor, Department of Pediatrics, University of Texas Medical School at Houston

小松 義広

Professor, Department of Biologic and Materials Sciences, School of Dentistry,
University of Michigan

2017年1月3日号
1月26日号

Research
Editorial Article
Guide

三品 裕司

PERKの阻害によってBMPR2 変異に起因する
肺動脈性肺高血圧症における血管リモデリングが減弱する……………………………………………6
PERK inhibition attenuates vascular remodeling in pulmonary arterial hypertension caused by BMPR2 mutation
東京大学 アイソトープ総合センター 特任助教

2

清水 峻志

2017年1月3日号
6月8日号

Research
Editorial Article
Guide

Kindlin-3はインテグリンLFA-1のサブユニット間の会合を阻害してRap1および talin1による正のフィードバックを活性化させる… …………………………………………8
Kindlin-3 disrupts an intersubunit association in the integrin LFA1 to trigger positive
feedback activation by Rap1 and talin1

近藤 直幸
関西医科大学 附属生命医学研究所 分子遺伝学部門 教授 木梨 達雄
関西医科大学 附属生命医学研究所 分子遺伝学部門 講師

2017年1月3日号
12月21日号

Research
Editorial Article
Guide

コロニン1-PI3Kδ 経路によるカスパーゼ8 活性の抑制はTCRおよび IL-7シグナル伝達とは独立にT 細胞の生存を促進する… …………………………… 10
Suppression of caspase 8 activity by a coronin 1-PI3Kδ pathway promotes T cell survival independentlyof TCR and IL-7 signaling
Postdoctoral Fellow, Biozentrum, University of Basel

森 真弓（現 京都大学大学院医学系研究科・メディカルイノベーションセンター（MIC）健康加齢医学講座（寄付講座）特定講師）
Professor, Biozentrum, University of BaselJean Pieters31月12日号

Research Article

Science Signaling 12 Jan 2021:Vol. 14, Issue 665
DOI: 10.1126/scisignal.aaz9368

増強されたBMPシグナル伝達は…
オートファジー性 β-カテニン分解を…
抑制することによって頭蓋神経堤細胞の…
分化運命を軟骨形成に決定づける
Augmented BMP signaling commits cranial neural crest cells to a chondrogenic fate by suppressing
autophagic β-catenin degradation
Jingwen Yang1,2 Megumi Kitami3,4 Haichun Pan2 Masako Toda Nakamura2 Honghao Zhang2 Fei Liu2 Lingxin Zhu1,5
Yoshihiro Komatsu3,4 Yuji Mishina2
1

The State Key Laboratory Breeding Base of Basic Science of Stomatology (Hubei-MOST)
and Key Laboratory of Oral Biomedicine Ministry of Education,
School and Hospital of Stomatology, Wuhan University
2
Department of Biologic and Materials Sciences, School of Dentistry, University of Michigan
3
Department of Pediatrics, University of Texas Medical School at Houston

45

Graduate Program in Genes and Development,
University of Texas Graduate School of Biomedical Sciences at Houston
Life Sciences Institute, University of Michigan

全著者リスト：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.aaz9368

小松 義広 Yoshihiro Komatsu

Associate Professor, Department of Pediatrics,
University of Texas Medical School at Houston

三品 裕司 Yuji Mishina

Professor, Department of Biologic and Materials Sciences, School of Dentistry,
University of Michigan

左から小松 義広、三品 裕司

Contact

小松 義広 E-mail：Yoshihiro.Komatsu@uth.tmc.edu
所在地：6431 Fannin St, Houston, TX 77030, USA
U R L：https://med.uth.edu/pediatrics/komatsu-lab
三品 裕司 E-mail：mishina@umich.edu
所在地：1011 N. University Ave, Ann Arbor, MI 48109, USA
U R L：https://media.dent.umich.edu/labs/mishina/

Abstract
頭部神経堤細胞（CNCC）
は、発生過程で頭蓋顔面の骨と軟骨を作り出す多能性幹細胞の集団である。骨形成因子（BMP）
シグナルとオートファジーは個別に幹細胞の増殖分化に寄与することが知られている。I 型 BMP 受容体 ACVR1の不自然な活性化を引き起こす変異は、先天性疾患である進行性骨化性線維異形成症（FOP）の原因になる。FOPは、体幹の結合組織における異所性の軟骨化および骨化を特徴とし、ときに頭蓋顔面骨にも異所形成がみられる。本稿でわれわれは、マウスのCNCCで構成的に活性化させたACVR1（ca-ACVR1）
によってBMPシグナル伝達を促進させると、オートファジーに依存した機構を介して頭蓋顔面領域で異所性の軟骨形成が誘導されることを明らかにした。増強されたBMPシグナル伝達
は、mTORC1を活性化することによってオートファジーを抑制し、それによって本来オートファジーで分解されるβ-カテニンの低下が遮断され、Wntシグナルが亢進し、結果的にCNCCは軟骨を形成するよう運命づけられる。ca-Acvr1 変異体では、
mTORC1の一過性遮断、オートファジーの再活性化、またはWnt-β-カテニンシグナルの抑制によって異所性軟骨は減少した。
これらの結果は、BMPシグナルとオートファジーが β-カテニンの活性を協調的に調節して、頭蓋顔面発生中のCNCCの分
化運命を方向づけていることを示唆している。また、これらの知見によって、一部のFOP 患者で頭蓋顔面領域の軟骨内骨化による異所性骨化が発生する理由も説明できる可能性がある。
Figure and Note
図 1：頭部神経堤細胞でのBMPシグナル活性の上昇
は頭部顔面に異所性軟骨を誘導する
マウス胎児、およびマウス頭部顔面領域の組織切片の染色図。アルシアンブルー染色（軟骨染色）、H&E 染色（組織染色）、サフラニンO 染色（軟骨染色）。矢印は異所性軟骨を示す。

4

図 2：BMPシグナルの上昇によりオートファジーは抑制される
（A）
P62
（白矢印）
の上昇、LC3パンクタ（白矢頭）の減少、電顕的なオートファゴソーム
（黒矢印）の減少を示す。
（B）
ウエスタンブロットによるβ-カテニンとP62の上昇、および LC3の減少を示す解析結果。
（C）
モデル図。

頭部神経堤細胞の軟骨分化運命決定機構における
BMPシグナルの役割
頭蓋顔面領域は骨、軟骨、神経、筋肉結合組織などから形成されます。これら組織の大部分は、発生段階の比較的初期に一過性に現れる、「頭部神経堤細胞」と呼ばれる非常にユニークな細胞群から分化してくることが知られています。これまでの先駆的な数多くの研究により、発生過程において、頭部神経堤細胞は鰓弓に遊走し、そこから様々な細胞系譜へと分化していくことも明らかとなってきました。しかしながら、そこでの細胞系譜決定機構、特に骨、軟骨細胞への分化決定機構の詳細については、依然として十分にその理解がなされていません。今回、われわれは頭部神経堤細胞における骨形成因子（bone morphogenetic protein、BMP）の役割を明らかにすることを目的とし、複数の遺伝子改変マウスを用いて研究を遂行しました。その結果われわれは、BMPシグナルがオートファジーを抑制することにより、頭部
神経堤細胞を軟骨分化へと誘導することを見出しました。
I 型 BMP 受容体の1 つである、ACVR1の構成的活性型 BMP 受容体を神経堤細胞特異的に発現させたトランスジェ
ニックマウスを解析したところ、BMPシグナルの上昇によって頭部神経堤細胞の細胞系譜決定に異常を生じ、頭蓋部に多数の異所性軟骨が形成されることを見出しました（図 1）。BMPシグナルの上昇に伴い、オートファゴソーム膜の形成に必須であるLC3は減少し、LC3と相互作用し、オートファジーにより選択的に分解される基質として知られているP62の過剰な蓄積が観察されました。電子顕微鏡を用いた詳細な解析の結果、オートファゴソームの減少とともに、mTORC1が上昇し、オートファジーが抑制され、Wntシグナルを制御するβ-カテニンの分解も抑えられた結果、カノニカルWntシグ
ナルが上昇するという機構を明らかにしました（図 2A、B）。通常、体幹部の骨発生過程において、Wntシグナルは軟骨形成に対して抑制的に機能することが知られていますが、頭部神経堤細胞由来の軟骨において、Wntシグナルの上昇に伴い、軟骨分化が促進するという逆の結果が観察されたことは、大変興味深い知見であると思われます（図 2C）。
ヒトにおいて、ACVR1の点突然変異が原因である進行性骨化性線維異形成症（fibrodysplasia ossificans progressiva、FOP）は、筋肉や関節に異所性骨化が起きる、極めてまれな遺伝病です。一部のFOP 患者で頭蓋顔面領域において、軟骨内骨化による異所性骨化が発生することが報告されています。しかしながら、いまだにその発生機序の詳細は不明です。われわれの研究報告は、頭部神経堤細胞の骨軟骨細胞系譜の分化決定機構解明に新しい展開を与えるとともに、FOPに罹患された方々の頭蓋顔面領域における異所性骨化の病因論の理解に貢献できる可能性があると思われます。

細胞運命決定機構の不思議
発生生物学において、「細胞が様々なシグナルを受け取り、どのようにして運命決定されていくのだろうか？」という問いは、発生生物学に携わる研究者であれば果敢に挑戦したいと願う、重要な研究テーマの1つです。私たちの研究室では、発生の織りなす形態の美しさに魅せられた仲間たちとともに日々、研究に励んでいます。皆さんも私たちと一緒にミシガン大学、あるいはテキサス大学で細胞運
命決定の不思議に迫ってみませんか？
写真：筆頭著者 杨静文（Jingwen Yang）
博士の凱旋帰国を祝う三品研、小松研、Fei Liu 研合同の送別会

51月26日号

Research Article

Science Signaling 26 Jan 2021: Vol. 14, Issue 667
DOI: 10.1126/scisignal.abb3616

PERKの阻害によってBMPR2 変異に起因する…
肺動脈性肺高血圧症における…
血管リモデリングが減弱する
PERK inhibition attenuates vascular remodeling in pulmonary arterial hypertension caused by BMPR2
mutationTakashi Shimizu1,2 Yoshiki Higashijima1,3,4 Yasuharu Kanki1,5 Ryo Nakaki6 Takeshi Kawamura1
Youichiro Wada1

Yoshihiro Urade1

Isotope Science Center, The University of Tokyo
Department of Cardiovascular Medicine, The University of Tokyo Graduate School of Medicine
Department of Bioinformational Pharmacology, Tokyo Medical and Dental University
4
Department of Proteomics, The Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen
5
Laboratory of Laboratory/Sports Medicine, Division of Clinical Medicine, Faculty of Medicine, University of Tsukuba
6
Rhelixa Inc.
1

2
3

全著者リスト：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abb3616

清水 峻志 Takashi Shimizu

東京大学 アイソトープ総合センター 特任助教

Contact

E-mail：tshimizu227-tky@umin.ac.jp
所在地：113-0032 東京都文京区弥生 2-11-16
U R L：https://www.ric.u-tokyo.ac.jp/

Abstract

Figure and Note

肺動脈性肺高血圧症（PAH）は、過度の肺血管リモデリン
グを特徴とする致死的疾患である。しかし、治療戦略の進歩にもかかわらず、骨形成タンパク質受容体 2 型（BMPR2）をコードする遺伝子に変異を有するPAH 患者は、重症の表現型と転帰を示す。われわれは、BMPR2 ヘテロ接合体
マウスにおいて、小胞体ストレス応答（UPR）に関連する3 つの主要な経路の1 つに関与するPER-like kinase（PERK）
が、PAHの病態生理に及ぼす影響の検討を進めた。肺動
脈平滑筋細胞（PASMC）のBMPR2 ヘテロ接合性により、PERKに仲介されるUPRを介して、抗アポトーシスマイクロ
RNAであるmiR124-3pの存在量が低下した。低酸素によって、BMPR2 ヘテロ接合性 PASMCにおける折りたたみ不全タンパク質の蓄積が促進され、PERKシグナル伝達、細胞生存、細胞増殖、解糖が亢進した。プロテオーム解析では、PERK 除去によって、低酸素のBMPR2 ヘテロ接合性
PASMCにおけるPDGFRβ-STAT1シグナル伝達と解糖が抑制されることが明らかになった。さらに、PERK 除去または
PERK 阻害により、PAHのSugen/ 慢性低酸素モデルにおいて、BMPR2の状態を問わず、肺血管リモデリングが改善した。したがってこれらの結果から、PERK 阻害が、BMPR2
変異の有無にかかわらず、PAH 患者に対する有望な治療戦略となることが示唆される。

6

図 1：BMPR2 変異肺動脈平滑筋細胞ではPERKシグナリングが亢進する
BMPR2 変異に伴いmiR124-3pの発現が抑制され、PERK 下流シグナ
リングが亢進する（赤矢印）。他の小胞体ストレス応答シグナリングは抑制
される
（青矢印）
。

図 2：BMPR2 変異 PAHモデルマウスに平滑筋特異的にPERKをノックアウトすると肺血管リモデリングが改善する
マウス
BMPR2ヘテロノックアウト（BMPR2 ）のSugen/ 慢性低酸素（SuHx）
モデルにおいて、平滑筋特異的なPERKノックアウト（PERK KO）
は肺血管リモデリングを阻害した。
+/-

遺伝性肺動脈性肺高血圧症の新規治療ターゲットとしてのPERK の同定
肺動脈性肺高血圧症（PAH）では様々な原因により、肺血管リモデリング（内皮障害、平滑筋細胞増殖）に伴う肺血管抵抗が増大し、肺動脈の血圧が上昇して右心不全をきたします。PAHは、厚生労働省の指定難病に認定されており、原因解明と有効な治療法の研究開発が急務とされています。PAH 患者の約 3 割では、BMPR2という骨形成因子（BMP）の受容体の遺伝子に異常が見つかります。BMPR2 変異を伴う遺伝性 PAH（HPAH）です。既存のPAH 治療
薬（エンドセリン受容体拮抗薬、PDE5 阻害薬、プロスタサイクリンなど）
により非遺伝性 PAHの予後は大幅に改善しましたが、HPAHの予後は不良のままであり、有効な治療法は肺移植しかないのが現状です。日本では慢性的なドナー不足のため、肺移植に至る前に亡くなるケースが大半です。既存のPAH 治療薬は内皮障害を改善する血管拡張薬であり、肺動脈平滑筋細胞（PASMCs）増殖を抑制する治療薬は確立されていませんでした。異常なBMPR2 遺伝子を持
つPASMCsの低酸素下細胞増殖の背景にある分子機序は完全には解明されていませんでした。
本研究では、BMPR2 変異 PASMCsではmicroRNA124-3pの発現が低下することによって、小胞体ストレス応答の1 つであるPERK 下流シグナリングが異常亢進することを見出しました（図 1）。さらに、PASMCsのPERK からPDGFRβSTAT1に至る信号伝達経路は、低酸素下解糖系を亢進することで細胞増殖を促進し、PAHの発症・進展に関わっていることを、疾患モデルマウスを用いた解析で明らかにしました。研究グループは、これまでLC-MS/MSを用いたプロ
テオーム解析を駆使して、タンパク質の発現解析などを行ってきました。BMPR2 変異 PASMCsにPERK 遺伝子をノッ
クアウトすると、低酸素下で亢進するPDGFRβ-STAT1シグナリングや細胞増殖が抑制されることを解明しました。
BMPR2 変異マウスを低酸素下で飼育すると、PAHに類似した表現型（肺血管病変形成および右心室圧上昇）を呈します。上記マウスに平滑筋特異的にPERKをノックアウトすると、肺血管リモデリングや右心室圧上昇が抑制されることを明らかにしました（図 2）。
本研究の成果より、BMPR2 変異を伴うPASMCsのPERK 経路はPAHの発症・進展に関わっていることが示唆され、PERKはHPAHの新規治療ターゲットと考えられました。これは、小胞体ケミカルシャペロンであるSodium
phenylbutyrate が PAH 動物モデルで治療効果を発揮したという最近の報告にも合致します。これまで、BMPR2の機能異常との関係に踏み込んだ治療法はありませんでした。本研究の成果は、HPAHの発症・進展におけるPERKの役割の解明につながるとともに、将来的な新規治療法の開発に大きく貢献することが期待されます。

臨床病態から標的分子シグナリングを同定し新規治療薬開発を目指す
様々な疾患の臨床病態を理解するためには、これらに内在する標的分子シグナリングを知ることが極めて重要です。私たちの研究室では、基礎研究から臨床・疫学研究に跨るtranslational researchの観点から、疾患ごとの新規シグナル制御法の開発を目指した研究を進めています。
写真：筆者が現在留学中のHarvard Medical Schoolです。新しい研究手法の習得を目指しております。

76月8日号

Research Article

Science Signaling 08 Jun 2021: Vol. 14, Issue 686
DOI: 10.1126/scisignal.abf2184

Kindlin-3はインテグリンLFA-1のサブユニット間の…
会合を阻害してRap1および talin1による…
正のフィードバックを活性化させる
Kindlin-3 disrupts an intersubunit association in the integrin LFA1 to trigger positive feedback
activation by Rap1 and talin1
Naoyuki Kondo Yoshihiro Ueda Tatsuo Kinashi
Department of Molecule Genetics, Institute of Biomedical Science, Kansai Medical University
全著者リスト：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abf2184

近藤 直幸 Naoyuki Kondo

関西医科大学 附属生命医学研究所 分子遺伝学部門 講師

木梨 達雄 Tatsuo Kinashi

関西医科大学 附属生命医学研究所 分子遺伝学部門 教授

Contact
左から近藤 直幸、木梨 達雄

近藤 直幸 E-mail：kondonao@hirakata.kmu.ac.jp
所在地：573-1010 大阪府枚方市新町 2-5-1
U R L：https://www3.kmu.ac.jp/molgent/
https://researchmap.jp/veritas

Abstract

Figure and Note

インテグリン結合分子 talin1および kindlin-3によるインテグリンの活性化は、リンパ球の接着にきわめて重要である。これらの結合分子は、双方向的な（インサイドアウト・アウトサイドイン）
シグナルを介してインテグリンの活性化を協調的に調節する。
われわれは、1 分子計測法を用いて、talin1および kindlin-3とインテグリンLFA-1（αLβ2）との 相互作用動態の 差異と、
LFA-1の活性化とLFA-1を介した接着におけるtalin1および kindlin-3の機能を明らかにした。β2 鎖細胞内領域に結合するtalin1の結合動態は、LFA-1のリガンドであるICAM-1とLFA-1の結合動態と一致した。ICAM-1 が結合すると、β2鎖の膜近傍細胞質領域とkindlin-3のN 末端ドメインとの一過性の相互作用が誘導され、インテグリンのサブユニット間の会合（α 鎖 /β 鎖の留め金）が崩壊し、α/β ヘテロ二量体の細胞外ドメインが非屈曲構造になった。このような立体構造の変

図 1：LFA-1 活性化と結合分子の1 分子計測系
LFA-1はシグナル依存的に不活性型から伸展した活性型へ構造変化
し、ICAM-1と強く結合する。蛍光標識した結合分子の顕微鏡を用いた観測により、ICAM-1 結合に伴うこれらの細胞内動態を解明できる。

化は、talinのロッドドメインとアクトミオシン細胞骨格を必要とす
るtalin1とβ2 鎖との高親和性結合を促進した。低分子量 Gタンパク質 Rap1によって誘導されるインサイドアウトのシグナル伝達は、talin1および kindlin-3のLFA-1に対する結合をほとんど安定化させなかった。対照的に、リガンドによって誘導されるアウトサイドインのシグナル伝達、LFA-1の伸展型（活性型）
コンフォメーションの安定化、または、ずり応力によって、talin1および kindlin-3のLFA-1との結合動態は大幅に変化し、Rap1とLFA-1の両方の活性化が促進された。遊走中のリンパ球では、talin1とkindlin-3の非対称性分布は、細胞先端部にみられる低親和性コンフォメーションから接着領域の中心部でみられる高親和性コンフォメーションへと変化する、LFA-1 活性化の成熟と相関していた。これらの結果は、kindlin-3 が LFA-1
活性化の正のフィードバック回路を時空間的に調整して、リンパ球の動的な接着と遊走を調節していることを示唆している。

8

図 2：LFA-1の活性化による活性化因子群の集積
細胞接着領域上でのtalin1 動態の1 分子軌跡とRap1の活性を示す。
活性化抗体の添加によりtalin1 出現頻度と時間、Rap1の活性化が増強するが、kindlin-3 欠損では逆に低下する。

タンパク質の 1 分子計測による新たなインテグリン制御機構の発見
白血球インテグリンLFA-1（αLβ2）
は、リンパ球ホーミング、抗原認識、炎症部位への移動に必要な血管内皮との接着、組織内移動、抗原提示細胞との接着（免疫シナプス形成）に重要な「ベルクロ」のような役割を果たします。
当研究室では、これらの過程における低分子量 Gタンパク質 Rap1の重要性と、ケモカインやT 細胞受容体（TCR）によるRap1シグナル伝達機構を解明してきました。インテグリン結合分子 talin1、kindlin-3は細胞内シグナ
ルによってインテグリンβ 鎖細胞内領域に結合し、リガンドへの親和性を亢進させ接着を誘導すると考えられていますが、その細胞内制御機構については不明な点が多く残されています。私たちは本研究に先立って1 分子イメー
ジング技術を活用し、免疫シナプスにおけるLFA-1とICAM-1の結合動態の測定に成功し、Rap1シグナルによるkindlin-3の調節によって高親和性結合が誘導されることを報告しましたが、kindlin-3とtalin1による調節機構については未解明でした。
本研究では1 分子計測実験系を発展させ、talin1 および kindlin-3とLFA-1の細胞内結合動態の測定に初めて成功し、talin1 および kindlin-3の細胞内作用機序を明らかにしました。talin1はLFA-1と安定に結合し、その結合はICAM-1 結合動態と一致しましたが、kindlin-3は一過性に結合し、β2 鎖膜貫通領域直下にある接着を抑制する「留め金」に結合して抑制を解除する作用をもつこと、それによってtalin1とβ2 鎖の高親和性結合が生じることがわかりました。従来、TCRなどによる接着誘導には、刺激による「インサイドアウト（inside-out）
シグナル」によってtalin1、kindlin-3 が結合することによりLFA-1 細胞外ドメインが屈曲型・低親和性から伸展型・中親和性に変化
し、リガンド結合による「アウトサイドイン（outside-in）
シグナル」によって、高親和性に変換されると一般に想定されていました。測定の結果、従来の考えとは逆に、ICAM-1 結合によるアウトサイドインシグナルが talin1、kindlin-3とβ2鎖との結合を誘導すること、そのメカニズムとしてICAM-1 結合によるアウトサイドインシグナルによってRap1 が顕著に活性化され、talin1、kindlin-3 結合の頻度と時間を増大させることが分かりました。さらに、talin1とβ2 鎖との高親和性結合は、細胞骨格系タンパク質によって裏打ちされ、これら因子群の非対称的な分布が細胞移動における局所的なLFA-1 活性の違いを制御していることが明らかになりました。
talin1はすべての細胞が発現するインテグリン共通の制御分子であり、一方 kindlinはkindlin-3 が造血系特異的に発現し、非血球系ではkindlin-1または-2 が発現していることがわかっています。この研究成果は今後、LFA-1
以外の重要なインテグリンとの共通性・相違点の解明に繋がります。また、炎症性免疫疾患だけでなく、がん細胞などに発現するインテグリン制御分子を標的にした創薬開発に繋がることが期待されます。

免疫系の原理を個体レベルから
1 分子レベルまで探求する
免疫系は管弦楽のように個性的な細胞
（楽器）
が出す分子
（音）
が時空間的に巧みに影響を及ぼし合うことで、病原体の排除という表現型（ハーモニー）を生み出します。私たちの研究室では、マウス個体を用いた表現系解析から制御分子の1 分子解析までの多岐にわたる解析手法を駆使して、インテグリンと免疫系が織りなすハーモニーの創出原理を探っています。ご興味のある若い方はぜひご連絡ください。
（写真：コロナ禍前には定例であった研究所合同ハイキング、ポンポン山にて）

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12月21日号

Research Article

Science Signaling 21 Dec 2021: Vol. 14, Issue 714
DOI: 10.1126/scisignal.abj0057

コロニン1-PI3Kδ 経路による…
カスパーゼ8 活性の抑制はTCRおよび…
IL-7シグナル伝達とは独立にT 細胞の生存を促進する
Suppression of caspase 8 activity by a coronin 1-PI3Kδ pathway promotes T cell survival
independently of TCR and IL-7 signaling
Mayumi Mori1 Julie Ruer-Laventie1 Wandrille Duchemin2,3 Philippe Demougin4 Tohnyui Ndinyanka Fabrice1
Matthias P. Wymann5 Jean Pieters1
1

4

2

5

Biozentrum, University of BaselSIB Swiss Institute of Bioinformatics
3
Center for Scientific Computing (sciCORE), University of Basel

Biozentrum, Life Sciences Training Facility, University of Basel
Department of Biomedicine, University of Basel

全著者リスト：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abj0057

森 真弓 Mayumi Mori

Postdoctoral Fellow, Biozentrum, University of Basel（現 京都大学大学院医学系研究科・メディカルイノベーションセンター（MIC）健康加齢医学講座（寄付講座）特定講師）

Jean Pieters

Professor, Biozentrum, University of Basel
左から森 真弓、Jean Pieters

Contact

森 真弓 E-mail：mayumi.mori@lmls-kobe.org
所在地：650-0023 神戸市中央区港島南町 6-3-7
U R L：https://www.fbri-kobe.org

Abstract

Jean Pieters E-mail：jean.pieters@unibas.ch
所在地：Spitalstrasse 41, CH-4056 Basel, Switzerland
U R L：https://www.biozentrum.unibas.ch

Figure and Note

T 細胞の生存の制御は、感染性病原体やがんの発生に対する防御にきわめて重要である。末梢ナイーブT 細胞の生存は、インターロイキン-7（IL-7）
シグナル伝達と、ペプチドと結合した主要組織適合遺伝子複合体（pMHC）
によるT 細胞受容体（TCR）活性化によって制御されると提唱されているが、これらの経路はT 細胞の胸腺からの産生と増殖に重要な役割を果たすことから、T 細胞の生存へのそれらの寄与を解析することは困難になっている。コロニン1は胸腺での選択と産生には不要なWDリピート含有タンパク質であるが、今回われわれは、TCR および IL-7シグナル伝達とは独立に末梢におけるナイーブT 細胞の生存を促進する働きを明らかにした。コロニン1は、ホスホイノシチド3-キナーゼδ
（PI3Kδ）の基礎活性の維持に必要であり、それによってカスパーゼ8を介するアポトーシスを抑制した。したがってこれらの結果は、pMHC：TCRおよび IL-7シグナル伝達に依存せず、末梢 T 細胞の生存に不可欠な、コロニン1 依存性のPI3Kδ
経路を示している。

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図 1：ナイーブT 細胞に高発現するPI3KδとそのAktリン酸化活性（A）
単離したナイーブT 細胞におけるPI3Kファミリー遺伝子の発現量をRNAseqにより示した。
（B）
単離したナイーブT 細胞の染色によるリン酸化 Aktの定量的解析を行い、PI3K 活性を評価した。

図 2：コロニン1が PI3Kδ 経路によって抑制するカスパーゼ 8活性化と細胞死の制御
コロニン1はPI3Kδ 経路を介してカスパーゼ 8 活性を抑制し、ナイーブT 細胞を死から免れさせる。コロニン1が欠損すると、Bcl2 非依存的な細胞死が起こる。

ナイーブT 細胞の寿命を決めるコロニン1とPI3Kδ 経路
免疫系の中心の一端を担うT 細胞は、胸腺にて選択を受けながら分化したのち脾臓やリンパ節などの末梢器官に移動して、抗原に出会うまで静かに生き続けます。外来抗原刺激による活性化や、胸腺での分化に必要な多くの因子は解明されてきましたが、ナイーブT 細胞、すなわちまだ抗原に出会って活性化されていない細胞がどのように生存維持しているかは、謎に包まれていました。私たちが用いたコロニン1 欠損マウスでは、胸腺でのT 細胞産生量は正常であるにもかかわらず、産生されたナイーブT 細胞が末梢に移行してまもなく、アポトーシスにより死んでいってしまいます。なぜコロニン1 がないとT 細胞が死ぬのか、また、コロニン1 がどのような生存シグナルに関わるかを明らかにしたいと考えました。
まず、コロニン1 欠損マウスで末梢のT 細胞が死ぬ経路を明らかにしました。ミトコンドリア依存性のアポトーシスであれば、IL-7の下流にある抑制因子 Bcl2を過剰発現させれば細胞死を抑制できるはずですが、コロニン1 欠損マウス
ではそうなりませんでした。一方、別のアポトーシス経路を調べたところ、カスパーゼ8の活性化が亢進していました。
次に、どのような生存シグナルが、ナイーブT 細胞で働くのかを探索しました。わずかな自己抗原などによるT 細胞受容体を介した“トニックシグナル”を調べるために、この受容体のレポーターマウスを用いましたが、コロニン1を欠損させてもこのシグナルは減弱していませんでした。
トニックシグナルそのものが起こらないマウスモデルにおいても、コロニン1 がな
いとT 細胞は死にました。そこで、単離したナイーブT 細胞のRNAseqと、手作業のスクリーニング実験により、
PI3Kδ がこの生存シグナルに関わる可能性を見出しました。
つまり、コロニン1はPI3Kδを介してカスパーゼ8の活性化を抑制すると考えられ、このことは選択的阻害剤を用いた
実験と活性型 PI3Kδの過剰発現実験からも示されました。
T 細胞はがん免疫治療やワクチンによる感染症予防などでも着目されますが、暴走すれば自己免疫疾患などにつながります。コロニン1を標的の1 つとしたT 細胞の制御は考えられますが、生存するT 細胞数を維持すればよいという単純なものでもないでしょう。コロニン1 欠損マウスはT 細胞が少なくても感染症で死にやすいわけではなく、自己免疫疾患を起こしにくく移植の拒絶もないという特徴があります。今回発見したコロニン1とPI3Kδ 経路やカスパーゼ8の活性化機構との関係は、末梢のナイーブT 細胞に特有であると考えられるため、これらの詳細なメカニズムを追うことで免疫系の疾患や制御の新たな知見がさらに得られることと思います。

長生きのために免疫系の寿命を延ばせるか
細胞レベルでも様々なシグナルにより生死が左右されますが、生きている限
り時とともに免疫系全体も変化することが知られていて、健康と寿命に大きく関わります。筆頭著者は現在、免疫と老化の関係に興味があり、スイス留学で得た経験をもとに新たな分野の研究をリードしていきたいと考えています。写真右は研究室グループ、左は現在のBiozentrumです。前身の建物が時とともに移り変わったのち、ちょうど2021 年から装いを新たにしました。

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このJapanese Scientists in Science Signaling 2021では、2021 年の1年間にScience Signalingに論文が掲載された日本人研究者・グルー
プを紹介しています。誌面の都合上、または著者本人のご意向により、すべての日本人著者を紹介しているわけではありませんが、その旨ご了承ください。

所属名、共著者名、本文から図表の選定まで、すべて著者の皆様からご提供いただいたものです。特に、掲載論文については、日本語で分かりやすくご解説いただいておりますので、Science Signalingに掲載された図表とは異なるものを使用している場合があります。また、記載の所属先やメールアドレス、URLなど一切の情報は、2022 年 1月時点のものになります。

内容については細心の注意を払っていますが、情報の正確性、専門性について発行者はいかなる責任を負うものではありません。正確な情報は、必ず原文にてご確認ください。

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発行元
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1200 New York Avenue, NW
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協

賛

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発行日2022 年 3 月© 2022 American Association for the Advancement of Science (AAAS). All Rights Reserved.

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