理化学研究所、アレルギー・炎症性疾患の炎症反応を制御するメカニズムを解明
炎症反応を制御する新たなメカニズムを解明
－ アレルギー・炎症性疾患の病態解明に新たな手掛かり －
◇ポイント◇
・免疫反応を正常に終息させる必須の分子は核内タンパク質「ＰＤＬＩＭ２」
・炎症反応にかかわる転写因子を分解に導く新制御メカニズムが働く
・必須分子欠損マウスの炎症は２～３倍も増加、炎症過敏に
独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）は、「ＰＤＬＩＭ２」（ピィーディーリムツー）と呼ぶ核内タンパク質が、炎症反応の抑制に必須の役割を担っていることを明らかにしました。これは、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）生体防御研究チームの改正恒康チームリーダーおよび田中貴志研究員らによる成果です。
ウイルスや細菌が感染すると、生体は、炎症反応という一連の免疫反応を起こし、侵入した病原体と戦います。ところが、この炎症反応が、何らかの原因で過剰に、しかも無制限に起こってしまうと、アレルギー疾患や自己免疫疾患となることが知られています。このことから、生体は、免疫系を効率的に活性化するだけでなく、逆に抑制するシステムも備えており、炎症反応が過剰にならないように巧妙に調節していると考えられています。
生体に侵入した病原体を最初に認識するのは、樹状細胞（※１）という免疫細胞です。樹状細胞は、病原体認識に引き続き、炎症性サイトカイン（※２）などの炎症反応に必要な種々のタンパク質を産生することにより、炎症反応を発動します。これらのタンパク質の産生を誘導するためには、ＮＦ－κＢという核内の転写因子（※３）の活性化がきわめて重要であることが知られています。研究チームは、「ＰＤＬＩＭ２」が、このＮＦ－κＢにユビキチンという小さなタンパク質分子を付加して、ＮＦ－κＢを分解に導くことにより、炎症反応を終息させるように働くことを発見しました。さらに、ユビキチンが結合したＮＦ－κＢが、ＰＤＬＩＭ２の作用で、核の中で隔離された特定の場所へ運ばれて、ここでプロテアソームというタンパク質分解酵素複合体により分解されるという新たな不活性化経路が存在することも明らかにしました。また、ＰＤＬＩＭ２を欠損させた樹状細胞では、ＮＦ－κＢの分解が妨げられ、炎症性サイトカインの産生量も２～３倍に増えていることもわかりました。
今回解明したＰＤＬＩＭ２による炎症反応の抑制機構は、アレルギー疾患や自己免疫疾患の治療を目的とした人為的な免疫制御法の開発に役立つことが期待できます。
本研究成果は、米国の科学雑誌『Ｎａｔｕｒｅ Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ』オンライン版（４月２９日付け：日本時間４月３０日）に掲載されます。
１．背景
生体に病原体が侵入すると、樹状細胞は、細胞膜上のＴｏｌｌ（トール）様受容体（ＴＬＲ）（※４）というセンサーを使ってこれを認識します。そしてＴＬＲから細胞内へシグナルを伝え、最終的に転写因子ＮＦ－κＢを活性化します。活性化したＮＦ－κＢは、炎症反応に必要な多くの遺伝子が順序よく働くように指令を出し、炎症反応の開始と進行に必要不可欠な役割を果たしています。ところが、このＮＦ－κＢが過剰に活性化して免疫細胞が暴走するような状態が続くと、アレルギー疾患や炎症性疾患を発症することも報告されています。このため、正常な免疫応答を保ち病気の発症を防ぐには、ＮＦ－κＢの活性をオンにするだけでなく、それを適切な時点でオフにするシステムが非常に重要なのです。
ＮＦ－κＢを不活性化するシステムとして、ＮＦ－κＢにユビキチンというタンパク質を付加（ユビキチン化）して、これを目印にしてＮＦ－κＢを分解する経路があることが最近報告されました。ユビキチンとは７６個のアミノ酸からなる小さなタンパク質です。標的となるタンパク質に多数のユビキチン分子が鎖状に結合すると、標的タンパク質は、プロテアソームというタンパク質分解酵素により分解されて不活性化されます。この反応の特異性を生み出しているのがユビキチンリガーゼという分子です。ユビキチンリガーゼは、標的タンパク質を選別して結合し、これにユビキチン分子を連結するという役割を担っています。すなわち、個々の標的タンパク質には別々のユビキチンリガーゼが用意されていて、それぞれのユビキチンリガーゼが目的のタンパク質だけを分解する方向に導くと考えられています。しかしながら、活性化したＮＦ－κＢをユビキチン化するユビキチンリガーゼは、これまでその存在は示唆されていたものの、発見には至っていませんでした。また、ユビキチン分子が結合したＮＦ－κＢが、細胞内でどのような経路で分解に至るのかというメカニズムに関しても、はっきりとは解明されていませんでした。
２．研究手法と成果
研究チームは、まず、ＴＬＲが認識する細菌の菌体成分であるＬＰＳ（リポ多糖）で細胞を刺激したときに、ＮＦ－κＢがどのように不活性化されるのかを調べました。その結果、ＮＦ－κＢがこれらの刺激に反応してユビキチン化されること、および、ユビキチン化されたＮＦ－κＢが核内の隔離された分画に運ばれて、そこでプロテアソームにより分解されるという新たな不活性化経路が存在することを明らかにしました。
次に、ＮＦ－κＢにユビキチン分子を付加するユビキチンリガーゼを検索しました。ＰＤＬＩＭ２（ＰＤＺ ａｎｄ ＬＩＭ ｄｏｍａｉｎ ｐｒｏｔｅｉｎ ２）は、田中らが２００５年に発見した核内タンパク質で、ＬＩＭドメインという構造を持っています。このとき田中らは、ＬＩＭドメインをもつ分子がユビキチンリガーゼとして働くということを世界で最初に報告しました（ＳＬＩＭ（※５） ｉｓ ａ ｎｕｃｌｅａｒ ｕｂｉｑｕｉｔｉｎ Ｅ３ ｌｉｇａｓｅ ｔｈａｔ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｒｅｇｕｌａｔｅｓ ＳＴＡＴ（※６） ｓｉｇｎａｌｉｎｇ． Ｉｍｍｕｎｉｔｙ， Ｖｏｌｕｍｅ ２２， Ｉｓｓｕｅ６， Ｐａｇｅｓ ７２９－７３６， ２００５）。ＰＤＬＩＭ２は、Ｔ細胞（※７）の転写因子ＳＴＡＴに対するユビキチンリガーゼとしてＴ細胞の機能を抑制するように働いていましたが、樹状細胞における役割は不明でした。
そこで、培養細胞にＮＦ－κＢとＰＤＬＩＭ２を過剰に発現させ、ＰＤＬＩＭ２がＮＦ－κＢのユビキチンリガーゼとして働くかどうかを調べました。その結果、ＰＤＬＩＭ２が、ＮＦ－κＢをユビキチン化するとともに、これを核内の隔離された場所に運んで、プロテアソームによる分解を促進するという２つの活性をもつユニークなユビキチンリガーゼであることを明らかにしました（図１と２）。
また、ＰＤＬＩＭ２を欠損したマウスから採取した樹状細胞を、ＬＰＳで刺激したときの炎症性サイトカインの産生量を測定したところ、正常マウスに比べて２～３倍増加していました（図３）。さらに、ＰＬＤＬＩＭ２欠損マウスの樹状細胞では、ＬＰＳで刺激してもＮＦ－κＢのユビキチン化がほとんど認められず、同時にＮＦ－κＢの分解が妨げられていました。また、ＰＤＬＩＭ２欠損マウスにＬＰＳを投与して敗血症を発症させたときの死亡率は、正常マウスよりも２倍高く、ＰＤＬＩＭ２欠損マウスでは過剰な炎症反応が起こっていると考えられました。
以上の結果から、ＰＤＬＩＭ２は、ＮＦ－κＢをユビキチン化・分解して免疫反応を適切な時点で終息させることで、生体に過度の炎症反応が起こらないよう制御していることが明らかになりました。
３．今後の期待
今回解明したＰＤＬＩＭ２による炎症反応の抑制機構は、アレルギー疾患や自己免疫疾患の治療を目的とした人為的な免疫制御法の標的となることが期待できます。
また、ユビキチン化によるタンパク質分解過程に異常が起こることによって、がんや神経変性疾患などさまざまな疾患が発症することが報告されています。自己免疫疾患やアレルギー疾患の中にも、同様の機序で発症するものもあると考えられ、本研究で解明されたＰＤＬＩＭ２による免疫反応の抑制経路が、このような疾患の病態解明の手がかりとなることが期待できます。
※補足説明と図１～３は関連資料をご参照下さい。