Ｂリンパ球から抗体産生細胞への分化を制御する仕組みを解明

＜本研究成果のポイント＞

• 誘導的遺伝子ノックアウトマウスを活用し、免疫応答時のＥｒｋの働きを解明
• ＥｒｋによるＥｌｋ１転写因子のリン酸化がＢｌｉｍｐ－１転写因子の発現を誘導
• 抗体産生細胞を標的とした新たな免疫疾患治療への応用に期待

１．背景

私たちの体は、細菌やウイルスといった外敵（抗原）から、免疫応答という生体防御機能を発揮することによって守られています。免疫応答は、抗原を捕捉したＢリンパ球が、ＣＤ４０受容体^注５）やＩＬ－４、ＩＬ－２１といったサイトカインの受容体からＴリンパ球^注６）の分泌するＣＤ４０リガンドやサイトカインの刺激を受けて抗体産生細胞へと分化し、抗体^注７）を作り出すことによって引き起こされます。

近年、花粉症をはじめとしたアレルギー疾患は、国民病と呼ばれるほど広まっていますが、これらも抗体産生細胞によって作り出された抗体が過剰な免疫応答を引き起こすことが主な原因となっています。そのため、抗体を作り出す仕組み、すなわちＢリンパ球が抗体産生細胞へと分化する仕組みを理解することは、アレルギー疾患の治療法を見いだす上でも重要となります。

しかし、どのような仕組みでＢリンパ球が抗体産生細胞に分化するのか、その詳細なメカニズムは不明のままでした。研究グループは、Ｂリンパ球の増殖や生存に関わるリン酸化酵素Ｅｒｋが、Ｂリンパ球の分化にも関与すると考え、抗体産生細胞への分化における機能の解明に挑みました。

２．研究手法と成果

研究グループはまず、リン酸化酵素Ｅｒｋが抗体産生細胞への分化に必要であるかどうかを検証するために、Ｅｒｋノックアウトマウス（Ｅｒｋ ＫＯマウス）を利用することを考えました。しかし、通常のＥｒｋ ＫＯマウスでは、Ｂリンパ球ができ上がる過程で未熟なＢリンパ球が増殖できず、成熟したＢリンパ球を産生できないという異常が発生してしまうために、免疫応答時のＥｒｋの役割を正しく解析することができません。

そこで研究グループは、免疫応答が起きた後でＥｒｋを欠損させることが可能な誘導的遺伝子ＫＯマウスシステムの１つ「Ｃγ１－ｃｒｅノックインマウス^注８）」を利用することにしました。このシステムを利用して作製したＥｒｋ／Ｃγ１－ｃｒｅ ＫＯマウスは、免疫応答が起きるまでは野生型マウスと何ら変わりませんが、人為的に免疫応答を引き起こすとＥｒｋをコードする遺伝子の発現が阻害されるため、免疫応答時のＥｒｋの機能を調べることが可能となります。抗原投与により免疫応答を引き起こすと、野生型マウスではＢリンパ球が抗原特異的な抗体産生細胞へと分化し、抗原と反応するＩｇＧ１型の抗体を血液中に放出しますが、Ｅｒｋ／Ｃγ１－ｃｒｅ ＫＯマウスでは、ＩｇＧ１型の抗体を作り出す抗体産生細胞が顕著に減少し、産生する抗体量も著しく低下しました（図１）。この結果は、Ｂリンパ球が抗体産生細胞に分化する過程で、リン酸化酵素Ｅｒｋが必要であることを示しています。

さらに、ＥｒｋがどのようにＢリンパ球から抗体産生細胞に分化する仕組みに関与しているのかを明らかにするために、野生型マウスとＥｒｋ／Ｃγ１－ｃｒｅ ＫＯマウスから採取したＢリンパ球をＣＤ４０刺激の抗ＣＤ４０抗体やサイトカインのＩＬ－４を添加した試験管内で培養し、抗体産生細胞への分化を観察しました。その結果、野生型マウスでは日数が経つにつれ抗体産生細胞への分化に必要とされる転写因子Ｂｌｉｍｐ－１の発現量が増加するのに対し、Ｅｒｋ／Ｃγ１－ｃｒｅ ＫＯマウスではＢｌｉｍｐ－１が発現しないことが分かりました（図２）。逆に、Ｂｌｉｍｐ－１遺伝子をＥｒｋ／Ｃγ１－ｃｒｅ ＫＯマウスのＢリンパ球に導入すると、抗体産生細胞への分化が回復したことから（図３）、Ｅｒｋ／Ｃγ１－ｃｒｅ ＫＯマウスで抗体産生細胞への分化が阻害されていたのは、Ｂｌｉｍｐ－１が正常に発現しないためであると確認できました。

より詳細なメカニズムを解明するために、Ｅｒｋの標的分子の１つであるＥｌｋ１という転写因子を調べると、抗ＣＤ４０抗体とサイトカインＩＬ－４の刺激により、野生型マウスではＥｌｋ１がリン酸化される一方、Ｅｒｋ／Ｃγ１－ｃｒｅ ＫＯマウスではそのリン酸化が減弱しており、Ｅｌｋ１のリン酸化にＥｒｋが必要であると判明しました（図４）。また、分子生物学的手法を用いてＥｌｋ１がＥｒｋによってリン酸化されないように操作すると、Ｂｌｉｍｐ－１の発現が低下し、抗体産生細胞の数が減少しました（図５）。

これらの結果から、Ｂリンパ球が抗原を捕捉しＴリンパ球からの補助を受けると、ＥｒｋがＥｌｋ１をリン酸化しＢｌｉｍｐ－１の発現を誘導することによって抗体産生細胞への分化を誘導することが分かりました。

３．今後の期待

研究グループは今回、免疫応答特異的な誘導的遺伝子ＫＯマウスシステムを用いることで、従来はリンパ球の発生段階で異常が現れたために解析が困難であった免疫応答以降の特定遺伝子の機能を、任意のタイミングで免疫応答を引き起こして解析することが可能であることを示しました。このため、この手法を用いることにより、今まで不明であった免疫応答後の多くの遺伝子の機能が明らかになると期待されます。

また、Ｂリンパ球が抗体産生細胞へと分化する仕組みを明らかにしたことが、アレルギーを引き起こすＩｇＥ抗体や、自己免疫疾患の原因となる自己抗体を産生するＢリンパ球を標的として抗体産生をブロックし、アレルギー疾患や自己免疫疾患を抑制する新たな創薬開発につながると注目されます。

＜参考図＞

＜補足説明＞

注１） Ｂリンパ球

免疫細胞の一種。Ｂ細胞抗原受容体と呼ばれるタンパク質を細胞表面に出し、抗原を認識する。一般的には異なるＢリンパ球は異なる抗原を認識する。その数は１０^６個（百万種類）以上となり、細胞外からのあらゆる病原体やウイルスに対応することができる。Ｂリンパ球は、細菌やウイルスを排除するための抗体を作り出す細胞、抗体産生細胞に分化する。

注２） 抗体産生細胞

抗体を作り出すことに特化した細胞で、Ｂリンパ球が抗原に出会った後に分化してできる。形質細胞やプラズマ細胞とも呼ばれる。

注３） リン酸化酵素

基質となるタンパク質にリン酸基を付加する酵素。リン酸基が付いたり外れたりすることで、基質はスイッチがオンになったりオフになったりして細胞内で信号を伝達する。Ｅｒｋはさまざまなタンパク質を基質とし、細胞の増殖や分化を制御することが知られている。

注４） 転写因子

遺伝子の発現を調節するタンパク質。ＤＮＡ上に存在する遺伝子の発現を制御する領域に結合し、ＤＮＡがＲＮＡへ転写される時期や量を調節する。

注５） ＣＤ４０受容体

Ｂリンパ球や単球が細胞表面に持つ受容体の１つ。Ｔリンパ球が発現するＣＤ４０リガンドから活性化刺激を受け取り、Ｂリンパ球の増殖や分化に働く。

注６） Ｔリンパ球

免疫細胞の一種。直接ほかの細胞と接触したり、サイトカインと呼ばれる液性因子を分泌して、Ｂリンパ球やほかの免疫細胞の分化や機能を調節する。

注７） 抗体

Ｂリンパ球から分化した抗体産生細胞が細胞外に分泌する「Ｂ細胞抗原受容体」。免疫グロブリン（Ｉｇ）とも呼ばれる。細菌やウイルスを直接破壊したり、不活性化させる機能を持つ。抗体にはＩｇＭ、ＩｇＧ、ＩｇＡ、ＩｇＥ、ＩｇＤといったクラスがあり、それぞれは同じ抗原を認識しながら異なる働きを持つ。ＩｇＥはアレルギーの原因となる。

注８） Ｃγ１－ｃｒｅノックインマウス

Ｂリンパ球が外来抗原によって活性化し、ＩｇＧ１型の抗体を作り出す前駆細胞に分化するとＣｒｅと呼ばれるタンパク質を発現するように遺伝子工学的手法で作製したマウス。Ｃγ１－ｃｒｅノックインマウスと標的遺伝子のノックアウトマウスを交配すると、免疫応答時にその遺伝子が発現しないノックアウトマウスを作製することができる。

＜お問い合わせ先＞

＜研究に関すること＞

黒崎 知博（クロサキ トモヒロ）
独立行政法人 理化学研究所 免疫・アレルギー科学総合研究センター　分化制御研究グループ　グループディレクター
国立大学法人 大阪大学免疫学フロンティア研究センター　分化制御研究室　特任教授
Tel：045-503-7085　Fax：045-503-7018

独立行政法人 理化学研究所　横浜研究推進部 企画課
Tel：045-503-9117　Fax：045-503-9113

＜ＪＳＴの事業に関すること＞

河村 昌哉（カワムラ マサヤ）
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＜報道担当＞

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