ポイント
- Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎという２つの蛋白質が、炎症性サイトカインのＲＮＡを分解することで炎症のブレーキとして働いています。
- Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎは同じＲＮＡ構造を認識しますが、その機能する空間／場、時期、メカニズムがそれぞれ異なることを解明しました。
- 炎症性サイトカインの過剰な産生で引き起こされる炎症性疾患の病態解明への貢献が期待されます。
ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業において、京都大学 ウイルス研究所の竹内 理 教授らの研究グループは、病原体感染などに対する炎症反応が、ＲＮＡ分解酵素Ｒｅｇｎａｓｅ－１注１）とＲＮＡ結合蛋白質Ｒｏｑｕｉｎ注２）という、不必要なｍＲＮＡを分解する２つのブレーキシステムにより巧妙に制御されていることを解明しました。
病原体感染に対する炎症反応は、マクロファージなどの自然免疫注３）担当細胞が炎症性サイトカイン注４）を分泌することにより引き起こされます。炎症の活性化と抑制がバランス良く調節されていますが、このバランスの破綻が、免疫不全症や、自己免疫疾患を始めとした炎症性疾患の原因となると考えられています。マクロファージから分泌される炎症性サイトカインの量はｍＲＮＡ産生と分解により厳密に制御されていることが知られています。これまで、Ｒｅｇｎａｓｅ－１、Ｒｏｑｕｉｎという蛋白質がｍＲＮＡに結合し分解すること、これらの分子をマウスで欠損させると自己免疫疾患を発症することが分かっていましたが、その詳細な機構は不明でした。
本研究では、２つの異なるＲＮＡ結合蛋白質Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎが、１）炎症性サイトカインｍＲＮＡに存在する同じステムループ構造を認識し分解することで炎症性サイトカイン量を制御していること、２）しかし機能する空間／場、分解するｍＲＮＡの翻訳注５）状態や分解のメカニズムが異なること、３）分解する時期も、それぞれ炎症早期、後期と異なることを解明しました。本研究は、過剰もしくは慢性的な炎症で生じる炎症性疾患の病態解明や、新たな治療法の開発につながることが期待されます。
本研究は、ドイツ マックス・デルブリュック分子医学センター（ＭＤＣ）、近畿大学、大阪大学、東京大学、オーストラリア国立大学と共同で行ったものです。本研究成果は、２０１５年５月２１日（米国東部時間）発行の米国科学誌「Ｃｅｌｌ」に掲載されました。
本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。なお、平成２７年４月１日に日本医療研究開発機構（ＡＭＥＤ）が設立されたことにともない、本課題はＡＭＥＤに承継され、引き続き研究開発の支援が実施されます。
戦略的創造研究推進事業 チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）
| 研究領域 |
「炎症の慢性化機構の解明と制御に向けた基盤技術の創出」
（研究総括：宮坂 昌之 大阪大学 未来戦略機構 特任教授） |
| 研究課題名 |
「自然免疫における転写後調節を介した慢性炎症抑制メカニズムの解析」 |
| 研究代表者 |
竹内 理（京都大学 ウイルス研究所 教授） |
| 研究期間 |
平成２４年１０月～平成３０年３月 |
上記研究課題では、自然免疫細胞の活性化調節メカニズムを、転写の観点だけでなく、転写後制御の観点から再定義して、新規炎症制御法開発につなげていくことを目指します。
＜研究の背景と経緯＞
細菌やウイルスなどの病原体が感染すると、マクロファージなど自然免疫担当細胞によりＴｏｌｌ様受容体（ＴＬＲ）を介して最初に認識されます。マクロファージは病原体を貪食するとともに、炎症性サイトカインという蛋白質を分泌し、これが周りの免疫細胞を活性化させたり、免疫細胞の炎症局所への集積を促すなどして、いわゆる炎症を引き起こします。この炎症は、病原体の排除に重要な免疫反応ですが、過剰、もしくは慢性化した炎症は敗血症性ショック、自己免疫疾患、動脈硬化、代謝性疾患などさまざまな病気の原因となります。そのため、生体には、炎症を精緻にコントロールする機構が備わっており、その破綻が炎症性疾患の発症に関連すると考えられています。中でも、炎症性サイトカインの量が、炎症の調節において中心的な役割を果たしています。炎症性サイトカインは、感染に伴いマクロファージ内で、ＤＮＡからｍＲＮＡが転写され、次にｍＲＮＡから蛋白質が翻訳されるというステップで作られますが、ｍＲＮＡは単に転写で作られるだけでなく、分解されることでその量が調節されています。我々は、以前、ＲＮＡ分解酵素Ｒｅｇｎａｓｅ－１を発見し、この分子が炎症性サイトカイン産生調節に重要であることを報告してきました（Ｎａｔｕｒｅ ２００９；Ｎａｔｕｒｅ Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ ２０１１；Ｃｅｌｌ ２０１３）。また、他の研究グループによりＲＮＡ結合蛋白質Ｒｏｑｕｉｎも炎症性サイトカインｍＲＮＡ分解や自己免疫疾患発症抑制に重要であることが報告されています。しかしながら、Ｒｅｇｎａｓｅ－１の標的ｍＲＮＡの特異性や作用機構およびＲｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎの制御メカニズムの関係性は分かっていませんでした。
本研究では、２つの異なるＲＮＡ結合蛋白質Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎが時空間的に異なるメカニズムで共通の炎症性サイトカインｍＲＮＡを制御していることを解明しました。
＜研究の内容＞
Ｒｅｇｎａｓｅ－１がどのようなｍＲＮＡをどのような目印を通じて認識するかという事を明らかにするために、Ｒｅｇｎａｓｅ－１と結合するｍＲＮＡをＲＮＡ－ｉｍｍｕｎｏｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ（ＲＩＰ－Ｓｅｑ）により網羅的に同定するとともに、Ｒｅｇｎａｓｅ－１の結合領域をｈｉｇｈ－ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｏｆ ＲＮＡ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｂｙ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ ｉｍｍｕｎｏｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ（ＨＩＴＳ－ＣＬＩＰ）により網羅的に同定しました（図１Ａ）。その結果、Ｒｅｇｎａｓｅ－１は多くの炎症に関わるｍＲＮＡのうち、３′非翻訳領域に存在するステムループ構造（図１Ｂ）に結合すること、加えて、Ｒｅｇｎａｓｅ－１に結合するステムループ構造のループ部分はＵＡＵ／ＵＧＵ ｌｏｏｐ配列を持つことが判明しました。興味深いことに、このステムループ構造の特徴はＲｏｑｕｉｎが認識するステムループ構造と類似しており、Ｒｏｑｕｉｎと結合するｍＲＮＡをＲＩＰ－ｓｅｑにより網羅的に同定した結果から、Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎは同様の標的ｍＲＮＡを認識していることが分かりました。また標的となるステムループ構造を持つＲＮＡを細胞に発現させると、Ｒｅｇｎａｓｅ－１によってもＲｏｑｕｉｎによっても分解されたことから、Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎは同じステムループ構造を持つｍＲＮＡを分解していることが分かりました。つまり、このステムループ構造は、Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎという２つの異なる蛋白質により共通して読み取られる認識構造（シスエレメント）であるという事です。
では、Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎはどのような関係性をもって炎症関連ｍＲＮＡを制御しているのでしょうか。まず、Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎの細胞内局在を調べると、ＲｏｑｕｉｎはＲＮＡ分解に関わる酵素が豊富なストレス顆粒（ＳＧ）やｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｂｏｄｉｅｓ（ＰＢｓ）に局在するのに対し、Ｒｅｇｎａｓｅ－１は粗面小胞体（ＥＲ）に多く存在し、蛋白質翻訳装置であるリボソームと共局在する事が判明しました（図２）。このＲｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎの細胞内局在の違いは機能する”空間／場”が異なることを示唆しています。実際に、Ｒｅｇｎａｓｅ－１の発現を低下させると翻訳を活発に行っているｍＲＮＡが増加するのに対し、Ｒｏｑｕｉｎを欠損させると翻訳活性がほとんどないｍＲＮＡが増加しました。更に、Ｒｅｇｎａｓｅ－１が標的ｍＲＮＡを分解するには、翻訳装置（リボソーム）が働いていることが必須であることが分かりました。これまで、異常ｍＲＮＡを蛋白質翻訳により検出して分解するシステム（Ｎｏｎｓｅｎｓｅ－ｍｅｄｉａｔｅｄ ｄｅｃａｙ）が知られていますが、このシステムに重要な蛋白質ＵＰＦ１とＲｅｇｎａｓｅ－１が相互作用すること、Ｒｅｇｎａｓｅ－１によるｍＲＮＡ分解にＵＰＦ１が必須であることを見出しました。この結果は、Ｒｅｇｎａｓｅ－１による炎症関連ｍＲＮＡ分解のシステムと、異常ｍＲＮＡを分解するシステムの共通性を示しています。
次に、同じ標的ｍＲＮＡに対して異なるメカニズムによりｍＲＮＡ安定性制御を行なっているＲｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎが生物学的に異なる役割を担っているか検討するために、Ｒｅｇｎａｓｅ－１欠損およびＲｏｑｕｉｎ変異マクロファージの免疫刺激（ＬＰＳ注６）によるＴＬＲ４刺激）に対する炎症性サイトカインｍＲＮＡの発現を確認しました。その結果、Ｒｅｇｎａｓｅ－１欠損マクロファージでは免疫刺激（ＬＰＳ刺激）の早期において、Ｒｏｑｕｉｎ変異マクロファージではＬＰＳ刺激の後期において標的ｍＲＮＡの発現が亢進していました。これは異なるメカニズムで作用しているＲｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎがそれぞれ時間的に異なる炎症の早期と後期において機能していることを示しています。次に、Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎがＲＮＡ分解能において重複性を有するか検討するために、Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎの二重変異（Ｒｅｇｎａｓｅ－１–／–／Ｒｃ３ｈ１ｓａｎ／ｓａｎ）マウス由来の線維芽細胞（ＭＥＦ）においてＲｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎの共通の標的ｍＲＮＡ（ＩＬ６、ＴＮＦ、ＰＴＧＳ２）量を調べたところ、それぞれの単独変異のＭＥＦにおけるｍＲＮＡ量よりも増加していました（図３）。これに対し、Ｒｅｇｎａｓｅ－１、Ｒｏｑｕｉｎいずれの標的でもないｍＲＮＡ（ＮＦＫＢＩＡ）は正常でした。また、Ｒｅｇｎａｓｅ－１、Ｒｏｑｕｉｎの単独変異はそれぞれ、ＬＰＳ刺激後早期、後期における標的ｍＲＮＡ量を増加させました（図３）。この結果はＲｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎはＲＮＡ分解能において重複性を有し、この重複したｍＲＮＡ安定性制御が正常な遺伝子発現において重要であることを示しています。
以上の結果より、Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎは共通のステムループ構造を認識するが時空間的に異なるＲＮＡ分解の制御因子として機能している事が明らかとなりました（図４）。
＜今後の展開＞
本研究では、Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎは共通のステムループ構造を認識するが時空間的に異なるＲＮＡ分解の制御因子として機能することにより、炎症を制御している事を解明しました。今後、ヒト自己免疫疾患や炎症性疾患におけるＲｅｇｎａｓｅ－１、Ｒｏｑｕｉｎの機能を検討することで、これらの疾患の病態解明につながることが期待されます。また、Ｒｅｇｎａｓｅ－１、Ｒｏｑｕｉｎの機能を変化させることは、自己免疫疾患や炎症性疾患などの創薬ターゲットとなることが期待されます。
本研究では，Ｒｅｇｎａｓｅ－１はＲｏｑｕｉｎと共通のステムループ構造を認識して、ＵＰＦ１依存的にタンパク質翻訳の終結反応と共役し翻訳を活発に行っているｍＲＮＡを分解していることを明らかにしました。しかしながら、Ｒｅｇｎａｓｅ－１がどのようにＵＰＦ１依存的にｍＲＮＡ分解を生じているのかまだ分かっていません。また、Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎはマクロファージなどの自然免疫担当細胞だけでなく、獲得免疫Ｔ細胞においても重要な役割を担っているため、Ｔ細胞におけるＲｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎによるＲＮＡ安定性制御も重要であると考えられます。また、Ｒｅｇｎａｓｅ－１、ＲｏｑｕｉｎのＲＮＡ結合を調節する小分子をスクリーニングすることで、炎症の制御法の開発につなげていきたいと考えています。
＜参考図＞
図１ Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎはステムループ構造を認識する
図２ Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎはＥＲとストレス顆粒・Ｐ ｂｏｄｙにそれぞれ局在する
図３ Ｒｅｇｎａｓｅ－１／Ｒｏｑｕｉｎ変異ＭＥＦのＬＰＳに対する応答
図４ Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎのサイトカインｍＲＮＡ分解機構モデル
＜用語解説＞
- 注１） Ｒｅｇｎａｓｅ－１
- ＩＬ６やＩＬ１２ｐ４０などのサイトカインｍＲＮＡの分解を行うことで過剰な免疫応答を抑制するサイトカイン産生のブレーキ役を担っているＲＮＡ分解酵素。
- 注２） Ｒｏｑｕｉｎ（Ｒｃ３ｈ１、Ｒｃ３ｈ２、ＲＩＮＧ ｆｉｎｇｅｒ ａｎｄ ＣＣＣＨ ｚｉｎｃ ｆｉｎｇｅｒ ｐｒｏｔｅｉｎ）
- ＩｃｏｓやＴｎｆなど炎症に関わる蛋白質をコードするｍＲＮＡ分解を誘導することで自己免疫疾患となることを防いでいることが知られているＲＮＡ結合蛋白質。
- 注３） 自然免疫
- 病原体の侵入を最初に検知して免疫システムを活性化させる。マクロファージや樹状細胞などの自然免疫担当細胞により担われ、病原体を検出した自然免疫担当細胞は炎症性サイトカインを産生・分泌して炎症を誘導する。
- 注４） 炎症性サイトカイン
- 炎症に伴い細胞から分泌される蛋白質のうち、細胞同士の信号伝達に重要なものがサイトカインであり、中でも炎症を引き起こすものを炎症性サイトカインと呼ぶ。これにはインターロイキン６（ＩＬ６）、インターロイキン１（ＩＬ１）、腫瘍壊死因子（ＴＮＦ）などがあげられる。
- 注５） 翻訳
- ｍＲＮＡに記述されたコドン情報に基づいて、蛋白質を合成する反応。ｍＲＮＡにリボソームと呼ばれる蛋白質複合体が結合することにより蛋白質鎖が作られ、ｍＲＮＡの終止コドンを認識して終結する。細胞内小器官である粗面小胞体にはリボソームが付着しており、サイトカインなど細胞外に分泌される蛋白質の翻訳を担っている。
- 注６） リポポリサッカライド（ＬＰＳ）
- グラム陰性細菌の細胞外膜に存在するリポ多糖であり、ＴＬＲ４により認識される。ＬＰＳによりマクロファージは多量の炎症性サイトカインを産生し、敗血症性ショックなどの原因となる。Ｂｒｕｃｅ Ｂｅｕｔｌｅｒは、ＬＰＳ受容体としてのＴＬＲ４の発見により、２０１１年ノーベル生理学賞を受賞した。
＜論文タイトル＞
“Regnase-1 and Roquin Regulate a Common Element in Inflammatory mRNAs by Spatiotemporally Distinct Mechanisms”
（Ｒｅｇｎａｓｅ－１とＲｏｑｕｉｎは時空間的に異なるメカニズムで共通の炎症性ｍＲＮＡを制御する）
著者：Takashi Mino, Yasuhiro Murakawa, Akira Fukao, Alexis Vandenbon, Hans-Hermann Wessels, Daisuke Ori, Takuya Uehata, Sarang Tartey, Shizuo Akira, Yutaka Suzuki, Carola G. Vinuesa, Uwe Ohler, Daron M. Standley, Markus Landthaler, Toshinobu Fujiwara, Osamu Takeuchi
doi ：10.1016/j.cell.2015.04.029
＜お問い合わせ先＞
＜研究に関すること＞
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京都大学 ウイルス研究所 感染防御研究分野 教授
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＜ＪＳＴ事業に関すること＞
川口 哲（カワグチ テツ）
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〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
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＜報道担当＞
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