渡会浩志。 腸管内の細菌取り込みの新たな仕組みを解明

幹細胞免疫制御学|研究分野紹介|金沢大学医学類

渡会浩志

「多能性幹細胞」iPS細胞から免疫治療に「役に立つ」リンパ球を作製 -抗がん効果を発揮するNKT細胞だけを作ることに世界で初めて成功-• ポイント• NKT細胞から遺伝子再構成が完了したiPS細胞を作ることに世界で初めて成功• NKT細胞から作ったiPS細胞から、NKT細胞だけを大量産生• マウス実験の成功で、患者の体内にNKT細胞を戻す、がんの根本治療に確かな道 要旨 独立行政法人理化学研究所(野依良治理事長)は、マウスの成熟したリンパ球で、抗がん効果を発揮するからを作製し、そのiPS細胞からNKT細胞だけを大量に作り出すことに世界で初めて成功しました。 理研免疫・アレルギー科学総合研究センター(谷口克センター長)免疫器官形成研究グループの古関明彦グループディレクターと免疫制御研究グループの谷口克グループディレクターと渡会浩志上級研究員らによる成果です。 iPS細胞は、人工的に作製した、生体内のどのような細胞にでも分化できる「多能性幹細胞」です。 従来の技術では、皮膚(ふ)などから作製したiPS細胞を用いていましたが、このiPS細胞からリンパ球を作ると、いろいろな抗原に反応するリンパ球が多数できてしまう、という問題点がありました。 これは、リンパ球が細胞分化の過程でを起こすためで、役に立つリンパ球だけを大量に作り出すことは困難でした。 この問題を解決するために研究グループは、成熟したリンパ球からiPS細胞を作ることを計画し、抗がん効果を持つNKT細胞からiPS細胞を作製することにマウスで成功しました。 このiPS細胞は、NKT細胞から受け継いだ、すでに再構成を終えた遺伝子群を有しています。 従って、NKT細胞から作製したiPS細胞でリンパ球を作ると、すべての細胞にNKT細胞の遺伝子再構成が伝達されるので、産生してくるリンパ球はすべてNKT細胞になります。 実際に、この方法でiPS細胞から分化誘導したNKT細胞が、強力な抗がん効果を発揮することも分かりました。 NKT細胞を活性化してがん細胞を攻撃する抗がん治療は、すでに臨床試験段階にあり、顕著な効果が認められています。 しかし、3分の2の患者は体内に存在するNKT細胞の数が少ないため、効果が低い状況となっています。 個々の患者から採取したNKT細胞からiPS細胞を作製し、そのiPS細胞から産生したNKT細胞を体に戻すことで、治療効果の大きな改善が期待できます。 本研究成果は、米国の科学雑誌『 The Journal of Clinical Investigation』(7月号)に掲載されるに先立ち、オンライン版(6月1日付け:日本時間6月2日)に掲載されます。 成果の一部は、JST戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)の「人工多能性幹細胞(iPS細胞)作製・制御等の医療基盤技術」研究領域のサポートによって得られました。 背景 がんによる死亡数は年々上昇し、年間34万人以上の方々が亡くなり、国内の死因第一位になっています(2009年厚生労働省「人口動態統計の年間推計」)。 中でも肺がんは、部位別のがんの死亡率が男性で1位(48,610人)、女性で2位(18,239人)となっています(2008年国立がんセンターがん対策情報センター調査)。 手術後50%の患者が再発を引き起こすことが肺がんの特徴で、これは術前にすでにがん細胞が全身の至るところに転移しているためと考えられます。 がんの制圧には、抗がん効果を持つ免疫細胞による療法が有力な手段となります。 研究グループは国立大学法人千葉大学と連携し、ナチュラルキラーT(NKT)細胞というリンパ球を活性化して、肺のがん細胞を攻撃する新しい治療法を開発しています。 NKT細胞は、アジュバント作用と呼ばれる強力な免疫増強作用を持ちます。 これまでに17名の患者(第IIIB、IV期)あるいは再発肺がんの症例に対して、第I、II相のを終了しました。 このうち、標準治療後の平均余命が6カ月といわれる進行性肺がん、あるいは再発肺がんの症例では、初回治療だけで、すべての症例で生存期間の延長(平均19カ月)が認められました。 このうち、この治療法によく反応した60%の患者の生存期間の中央値は、31. 9カ月と長期生存が確認できています。 治療効果の高かった患者は、生体内に存在するNKT細胞の数が多いことも明らかとなりました。 この結果から、治療前に患者の体内に存在するNKT細胞を増やすことができると、より効果的な治療法となることが期待されます。 しかし、目的にかなったタイプのリンパ球だけを作製したり、体内で大量に増やすことは、技術的に困難とされてきました。 そこで、研究グループはiPS細胞を使って、治療に必要なリンパ球だけを手に入れる技術を開発することに挑みました。 研究手法と成果 従来の皮膚などからiPS細胞を作製する手法では、治療に必要なリンパ球だけを作るのは難しいとされてきました。 これは、リンパ球には細胞分化の過程で遺伝子を再構成してしまう性質があるため、いろいろな抗原に反応するリンパ球ができてしまうことが原因です。 この問題を解決し、目的のリンパ球だけを得るために、研究グループは、すでに遺伝子の再構成を終えた成熟したリンパ球からiPS細胞を作製することを計画しました。 NKT細胞からiPS細胞を作ることができると、そのiPS細胞はNKT細胞から受け継いだ遺伝子再構成を伝達し、NKT細胞だけに分化誘導されると予想できます。 研究グループは、マウスの脾(ひ)臓に存在するNKT細胞を分離し、国立大学法人京都大学の山中伸弥教授らが開発したiPS細胞誘導技術を活用して、NKT細胞由来のiPS細胞を作製することに世界で初めて成功しました。 さらにNKT細胞から作ったiPS細胞を試験管内で分化誘導する手法を開発し、分化誘導したリンパ球をほぼすべてNKT細胞に分化させることにも成功しました。 マウスにメラノーマ(黒色腫)というマウスのがん細胞を注射すると1週間で肝臓に無数のがんが転移します。 このようなメラノーマの抑制効果は、iPS細胞から作ったNKT細胞を戻さなかったマウスでは見られませんでした。 これにより、iPS細胞から作ったNKT細胞は、生体内に存在するNKT細胞と同等の抗がん効果を有していることが証明できました。 今後の期待 NKT細胞は、がん細胞を殺す働きがあることが知られています。 そしてNKT細胞を活性化する治療法が、肺がん治療に有効であることが示されています。 しかし、NKT細胞が少ない患者には効果がありませんでした。 今回のマウスでの研究成果は、次に掲げる方法で患者のNKT細胞を増やすことが可能であることを証明しました。 研究グループが現在、千葉大学と連携して行っているヒトのNKT細胞を用いた臨床研究の中で、ヒトへの応用を目指していきます。 ナチュラルキラーT(NKT)細胞 1986年に谷口センター長(当時:千葉大学教授)らが発見した、T細胞、B細胞、NK細胞に続く第4のリンパ球。 免疫の制御や、がんの免疫学的監視などのさまざまな役割を担う。 iPS細胞 人工的に作製した、どんな細胞にも分化できる「多能性幹細胞」。 自分の皮膚から作ったiPS細胞を使って自分の体の傷んだところを修復する、といった夢のような再生医療を可能にすることが期待されている。 遺伝子の再構成 T細胞やB細胞の抗原受容体は、たくさんの部品でできている。 これらの細胞が作られる過程で、抗原受容体の遺伝子の中では、部品同士でいろいろな切り貼りが起きる。 このように遺伝子の中で起こる切り貼りを遺伝子の再構成といい、細胞ごとに異なる切り貼りが起こって、いろいろな種類の抗原受容体遺伝子が作られるので、何千万種類ものそれぞれ異なる抗原受容体をもつ細胞が生み出される。 1976年利根川進博士(現・脳科学総合研究センター長)らは、B細胞の産生する免疫グロブリンの遺伝子再構成という現象を発見し、この抗体の多様性に関する遺伝子レベルの謎を解き明かした実績により、ノーベル医学生理学賞を受賞した。 進行性肺がん 肺がんの病気の進行度合いにより、I、II、III、IVの4段階に分けられる。 ステージIは肺内にがんが限局しており、リンパ節に転移がない段階。 ステージIIは肺内にがんが限局しており、肺内のリンパ節にだけ転移があるか、リンパ節に転移はないが、がんが直接肺外の切除できる周囲に広がっている段階。 ステージIIIは、ほかの臓器に転移はしていないが、ステージIIより進行した状態、ステージIVはほかの臓器に転移している段階を指す。 各ステージはその進行度合いにあわせて、AとBに細分化される。 再発肺がんは、転移があることを意味するため、ステージIIIBあるいはIVに相当すると考えられる。 臨床試験 医薬品もしくは医療機器の製造販売の承認申請をするために行われ、治験とも呼ばれる。 動物を使用した非臨床試験(前臨床試験)により薬の候補物質もしくは医療機器の安全性および有効性を検討し、安全で有効な医薬品もしくは医療機器となり得ることが期待される場合に実施される。 臨床試験は第I相から第IV相までの4段階で行われることが多い。 このうち、第I相試験は、自由意思に基づき志願した健常成人を対象とし、被験薬を少量から段階的に増量し、被験薬の薬物動態(吸収、分布、代謝、排泄)や安全性(有害事象、副作用)について検討することを主な目的とした探索的試験で、次相で用いる用法・用量の限界を検討することも重要な目的となる。 第II相試験は第I相の結果をうけて、比較的軽度な少数例の患者を対象に、有効性・安全性・薬物動態などの検討を行う試験である。 第III相試験は、上市後に実際にその化合物を使用するであろう患者を対象に、有効性の検証や安全性の検討を主な目的として、より大きな規模で行われる。 第I相から第III相までの試験成績をまとめ、医薬品の製造販売承認申請が行われる。 医薬品医療機器総合機構による審査を受けて承認されると医薬品としての販売が可能となる。 第IV相試験は、製造販売後臨床試験と呼ばれ、実際に市販した後に広く使用されることにより、第III相まででは検出できなかった予期せぬ有害事象や副作用を検出するのが主な目的で、市販直後調査および市販後調査によって行われるのが通例である。

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腸の粘膜は、食物や食物とともに摂取される外来微生物、40兆個にも及ぶ腸内常在細菌叢などの異物に常にさらされています。 これらの中には病原性を持つものが含まれているため、腸管粘膜を覆う腸管上皮細胞には防御機構が備わっています。 インターロイキン-22(IL-22)は病原性細菌に感染したとき、免疫細胞において誘導されるです。 IL-22は、腸管でIL-22受容体(IL-22R)を発現する腸管上皮細胞に作用し、腸管上皮細胞での粘液や抗菌タンパク質の産生、上皮細胞表面のを誘導します。 それにより、細菌感染に対する防御機能を増強させます。 IL-22BPはIL-22に結合することでIL-22シグナルを阻害する分子です。 IL-22BPがIL-22Rと競合し、IL-22シグナルを適切に制御することで腸管の恒常性が維持されていると考えられています。 しかし、その生体における役割は十分に理解されていませんでした。 今回、研究チームはまず、腸管の各部位におけるIL-22BPの発現様式を調べました。 その結果、IL-22BPがパイエル板という腸管関連リンパ組織に分布するに高発現することを見いだしました。 また、野生型マウスとIL-22BP欠損マウスの比較から、IL-22BPがパイエル板の粘膜側を覆うにおけるIL-22シグナルを阻害することが分かりました。 FAEにおいてIL-22シグナルが阻害されると、粘液や抗菌タンパク質の産生、上皮細胞表面のフコシル化が阻害され、細菌抗原がFAEに到達しやすい環境が形成されます。 その結果、細菌抗原がFAEのを介して効率よくパイエル板へ取り込まれ、腸管免疫応答が誘導されることが明らかになりました。 本成果は今後、より効果的なパイエル板へのを開発する上で有用な知見になると期待できます。 本研究は、米国の科学雑誌『 Journal of Experimental Medicine』に掲載されるのに先立ち、オンライン版(5月16日付け:日本時間5月16日)に掲載されます。 これら抗原の中には病原性を持つものが含まれているため、腸管粘膜を覆う腸管上皮細胞には抗原に対する防御機構が備わっています。 その代表的なものは、粘液や抗菌タンパク質の産生、上皮細胞表面のフコシル化などです。 これらの防御機構は、腸内の外来微生物由来の分子を認識するやサイトカイン受容体によって活性化されるによって効果的に制御されています。 サイトカインの一種であるインターロイキン-22(IL-22)は、病原性細菌が感染するとなどの免疫細胞から産生され、IL-22受容体(IL-22R)を発現する腸管上皮細胞に作用します。 その結果、上皮細胞において細胞内情報伝達分子のが活性化されることで粘液や抗菌タンパク質の産生が誘導され、病原性細菌感染に対する防御機能が増強されます。 また、IL-22は腸管上皮細胞の増殖を促すことにより、炎症性疾患などで損傷した上皮組織の修復を行います。 このようにIL-22は、腸管の恒常性維持に重要な役割を果たしています。 一方で、IL-22は特定の条件下においては病態を悪化させる因子にもなり得ることから、IL-22を介したシグナル伝達経路は適切に制御される必要があります。 IL-22シグナルを制御する因子としてIL-22結合タンパク質(IL-22BP)が知られています。 IL-22BPはIL-22への親和性がIL-22Rよりもはるかに高く、IL-22Rと競合しIL-22へ結合することでIL-22シグナルを阻害します。 IL-22BPがIL-22シグナルを適切に制御することで腸管の恒常性が維持されていると考えられていますが、その生体における役割は十分に理解されていませんでした。 研究手法と成果 研究チームはまず、IL-22BPの生体内での役割を明らかにするため、腸管の各部位におけるIL-22BPの発現様式を調べました。 その結果、IL-22BPがパイエル板という腸管関連リンパ組織において高発現すること、さらにIL-22BPは主にパイエル板内の樹状細胞で産生されることを見いだしました。 パイエル板は、粘膜側を覆う濾胞随伴上皮細胞層(FAE)を介して腸管内の細菌抗原を取り込み、抗原特異的な免疫応答を誘導する組織です。 FAEには5~10%の割合でM細胞が存在しています。 このM細胞が抗原の取り込み口として働き、取り込んだ抗原をFAEと近接するパイエル板のドーム下領域(SED)に分布する樹状細胞に渡します。 今回分かったIL-22BPを産生する樹状細胞は、SEDに分布していました()。 そのため研究チームは、IL-22BPがFAEの性質や状態に影響を与えるのではないかと考えました。 次に、野生型マウスとIL-22BP欠損マウスにそれぞれIL-22を投与し、IL-22シグナルの活性化を調べました。 その結果、野生型マウスではIL-22シグナルの活性化が粘膜面を覆う絨毛上皮細胞でみられましたが、FAEではみられませんでした(左)。 一方、IL-22BP欠損マウスでは、FAEにおいてIL-22シグナルの活性化がみられたことから、IL-22BPがFAEにおけるIL-22シグナルを恒常的に阻害していることが示されました(右)。 そこで、IL-22BP欠損マウスからFAEを採取して遺伝子発現を解析したところ、粘液や抗菌タンパク質の産生、上皮細胞表面のフコシル化を制御する遺伝子の発現が亢進していることが分かりました()。 これらのIL-22BP欠損マウスにおけるFAEの性質や状態の変化は、細菌抗原のFAEへの到達や接着を阻害すると考えられ、パイエル板への細菌抗原の取り込みが減少すると推測されます。 実際にIL-22BP欠損マウスのパイエル板への細菌抗原の取り込みを調べたところ、病原性細菌の一種である SalmonellaTyphimurium(ネズミチフス菌)や腸内共生細菌の一種である Alcaligenes(アルカリゲネス属)の取り込みが減少しました。 一方で、細菌の取り込みを担うM細胞の機能に大きな変化はみられませんでした。 これらのことから、IL-22BPがFAEにおける粘液や抗菌タンパク質の産生、上皮細胞表面のフコシル化を恒常的に阻害し、細菌抗原がFAEに到達しやすい環境が形成され、M細胞を介した細菌抗原の取り込みが円滑に行われることが明らかになりました。 今後の期待 これまでパイエル板への細菌抗原の取り込みは、取り込み口であるM細胞の有無に大きく依存すると考えられていました。 今回、FAEにおいて粘液や抗菌タンパク質の産生、上皮細胞表面のフコシル化などの防御機能が阻害されることがパイエル板への細菌抗原の取り込みに重要であることが明らかとなりました。 本成果は今後、より効率的なパイエル板への粘膜ワクチン抗原デリバリーシステムを開発する上で有用な知見になると期待できます。 原論文情報• パイエル板 小腸の粘膜下にリンパ球などの免疫細胞が集合して作られるリンパ組織。 粘膜側は濾胞随伴上皮細胞層(FAE)と呼ばれる、絨毛とは異なった上皮細胞層に覆われている。 腸管内の細菌などの抗原をFAEを介して取り込む。 取り込まれた抗原はFAEに近接するドーム下領域(sub-epithelial dome: SED)に分布する樹状細胞に受け渡され、T細胞へと抗原提示が行われる。 最終的に抗原特異的なIgA(免疫グロブリンA)抗体を産生するB細胞が成熟する。 抗原特異的なIgA抗体は腸管内に放出され、抗原の排除に寄与する。 サイトカイン 細胞同士の情報伝達に関わるさまざまな生理活性を持つ可溶性タンパク質の総称。 フコシル化 単糖の一種であるフコースが付加されること。 本稿では上皮細胞の表面のフコシル化を指す。 近年、上皮細胞のフコシル化は、病原性細菌の一種である Salmonella Typhimurium(ネズミチフス菌)に対する防御として働くことが報告されている。 樹状細胞 樹状突起を持つ白血球で、多くの亜集団がある。 微生物の排除やTリンパ球に異物の情報を伝える抗原提示細胞として働き、免疫反応の本質的な司令塔としての役割を担っている。 濾胞随伴上皮細胞層(FAE)、M細胞 パイエル板の粘膜側を覆う上皮細胞層。 FAEには5~10%の割合でM細胞が存在する。 M細胞は抗原の取り込みに特化した上皮細胞で、細菌などの抗原を取り込み、パイエル板のドーム下領域(SED)に分布する樹状細胞へ受け渡す。 残りは主に絨毛の大部分を占める吸収上皮細胞様の細胞で構成されている。 FAEはfollicle-associated epitheliumの略。 粘膜ワクチンデリバリーシステム パイエル板へワクチン抗原を効率よく取り込ませるためのデリバリーシステム。 ほとんどの抗原がM細胞から取り込まれると考えられるため、M細胞を標的とした方法が開発されている。 パターン認識受容体 細胞表面にある受容体タンパク質。 さまざまな病原性微生物由来成分、PAMP(pathogen-associated molecular patterns)を認識して自然免疫を作動させる。 動物や昆虫ではToll様受容体が知られている。 シグナル伝達経路 生体内である種のシグナルが他のシグナルに変換され、連続して伝わる過程のこと。 一般的にその担い手はタンパク質であることが多く、シグナル伝達因子と呼ぶ。 3型自然免疫リンパ球 自然免疫リンパ球はリンパ球系に属する細胞であるが、抗原特異的な免疫応答は誘導されず、T細胞受容体およびB細胞受容体を発現しない。 3型自然免疫リンパ球はIL-22を産生する主要な細胞集団であり、消化器系をはじめとする粘膜組織に多くみられる。 STAT3 サイトカイン、増殖因子、ホルモンなどのシグナルを、細胞膜上の受容体から核まで伝達する細胞内情報伝達分子。 核に入った後は、転写因子としてDNAに結合して遺伝子の発現を制御する。 7種類のSTATが報告されており、それぞれ異なる刺激により活性化される。 STAT3は、IL-6ファミリーのサイトカインや、上皮成長因子(EGF)などの増殖因子の刺激で活性化される。

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AI × 細胞:AI開発の肝となる細胞ビッグデータの超高速取得技術を開発

渡会浩志

日本免疫学会では、科学コミュニケーション活動として、展示・体験型イベント「免疫ふしぎ未来」を開催しています。 東京お台場の日本科学未来館で開かれる本イベントも今年で12回目となり、『研究者と話そう!実験しよう!免疫学!!』をキャッチフレーズに、2019年8月4日(日)の開催に向けて44名の実行委員が一丸となって準備を進めています。 また昨年は「免疫チェックポイント」がノーベル医学生理学賞受賞に輝きましたので、一般のみなさまも益々「免疫」に興味を持っていただけたかと思います。 このイベントは文部科学省にもご後援いただき、昼夜を問わず研究に勤しむ免疫学研究者と語り、体験してもらうことで、小さなお子様から年配の方にまで、巧妙に仕組まれた免疫の「ふしぎ」と「楽しさ」をもっと知っていただくこと、免疫学が目指す未来を一緒に考えてもらうことを目的としています。 イベントにはさまざまなコーナーを設けており、体験コーナーでは細胞標本の作製と顕微鏡での観察、免疫の仕組みをわかりやすく理解するための模型や展示(iPS細胞、寄生虫、蛍光顕微鏡、宇宙放射線観察)、デモンストレーション(DNA抽出、赤血球凝集反応)、腸内細菌に関する紙芝居などが楽しめます。 パネル展示では、免疫学入門に加えて、体験コーナーで実験していただいた詳細が学べます。 それぞれのパネルには研究担当者がおりますので、分からないことを何でも質問してください。 ショートトークでは、基礎研究から最先端の話題までをとりあげ、その道の学者によるよもやま話をお聞きいただけます。 今年のトークのテーマは「がん免疫」「神経と免疫」「代謝と免疫」です。 小さなお子様は、各会場を巡るスタンプラリーやガイドブックのクイズに答えて、景品をゲットして下さい。 小学生のみなさんはこのイベントから夏休みの自由研究のアイデアを見つけましょう。 本イベントは研究者にとっても、一般の方々と科学や研究について対話をしながら、専門分野である免疫学をどのように伝えればよいのか、社会が免疫学研究に何を求めているかを知る大切な機会となっています。 海外のみなさまにもお楽しみいただけるよう、英語と中国語によるツアーも予定しています。 ご家族、お知り合いとお誘い合わせの上、ご来場いただけますようお願い申し上げます。 平成31年4月吉日 横須賀 忠 免疫ふしぎ未来2019実行委員会委員長 東京医科大学 免疫学分野 久保允人 日本免疫学会 科学コミュニケーション委員会委員長 東京理科大学 総研機構生命医科学研究所 理化学研究所 統合生命医科学研究センター サイトカイン制御研究チーム <実行委員会委員> 秋山泰身(理研)、浅野謙一(東京薬科大)、安達貴弘(東京医科歯科大)、伊川友活(理研)、石亀晴道(理研)、石渡賢治(慈恵医大)、今西貴之(理研)、上羽悟史(東京理科大)、江島耕二(北里大)、小川修平(東京理科大)、倉島洋介(千葉大)、後飯塚僚(東京理科大)、小嶋英文(獨協医大)、小林俊彦(国立国際医療研究センター)、西城 忍(千葉大)、下川周子(群馬大)、鈴江一友(群馬大)、砂押正明(放射線医学研)、関 崇生(理研)、関谷高史(国立国際医療研究センター)、田中貴志(理研)、田中ゆり子(東邦大)、田之上大(慶応大)、田原聡子(筑波大)、為広紀正(国立医薬品食品衛生研)、中司寛子(慶応大)、新田 剛(東京大)、早川妙香(慶応大)、原田陽介(東京理科大)、福井竜太郎(東京大)、福山英啓(理研)、増田喬子(京大)、松井 毅(理研)、宮内浩典(理研)、八木良二(千葉大)、山西吉典(東京医科歯科大)、横須賀 忠(東京医科大)、若松 英(東京医科大)、渡会浩志(東京大) <アドバイザー> 秋葉久弥(順天堂大)、阿戸 学(国立感染研)、河本 宏(京都大)、久保允人(東京理科大・理研)、鈴木春巳(国立国際医療研究センター)、反町典子(国立国際医療研究センター) (敬称略).

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