さまざまな自己免疫疾患の発症を制御するたんぱく質を発見

＜研究の背景と経緯＞

人口の５％が何らかの自己免疫疾患にかかっていると言われていますが、その多くについて効果的な根治療法はなく、対症療法による治療が中心となっています。効果的な根治療法の開発には、疾患がどのように発症するのかを解明することが不可欠ですが、ほとんどの自己免疫疾患は多くの遺伝子が関与するため、原因遺伝子を特定することは極めて困難です。また、自己免疫疾患の制御に関与する遺伝子がいくつか報告されているものの、それらがどのように協調して働き、実際に自己免疫疾患の発症を制御しているかはほとんど解明されていません。

本研究グループはこれまでに、ＰＤ－１欠損マウスがマウスの系統ごとに異なる種類の自己免疫疾患を自然発症することを見いだし、その解析を行いました。例えば、ＢＡＬＢ／ｃという本来正常な系統のマウスでＰＤ－１を欠損させる（ＢＡＬＢ／ｃ－ＰＤ－１欠損マウス）と、自己免疫性の拡張型心筋症や胃炎を自然発症します（図１）。もし、ＰＤ－１と協調して自己免疫疾患の発症を制御する分子が特定できれば、自己免疫疾患の発症を制御する多因子のネットワークシステムが解明され、新規の診断法・治療法の開発につながるものと期待されています。

＜研究の内容＞

自己免疫疾患を発症した人間やモデル動物では、親和性成熟とクラススイッチ^注２）という２種類の機能変化を受けた抗体が高頻度に検出されます。そこで本研究グループは、自己免疫疾患を発症するＰＤ－１欠損マウスとＮＯＤマウス（ｎｏｎ－ｏｂｅｓｅ ｄｉａｂｅｔｉｃ ｍｏｕｓｅ）^注３）とを、この２種類の機能変化に必須の酵素ＡＩＤ（Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｙｔｉｄｉｎｅ ｄｅａｍｉｎａｓｅ）^注４）を欠損させたマウス（ＡＩＤ欠損マウス）とそれぞれ交配させると、抗体の機能変化が起こらなくなるので、自己免疫疾患の症状が好転するのではないかと予測しました。しかし実際には、ＰＤ－１・ＡＩＤ二重欠損マウスは、ＰＤ－１欠損マウスでは見られない激しい心筋炎を自然発症し、ＮＯＤ－ＡＩＤ欠損マウスはＮＯＤマウスよりも早期に１型糖尿病^注５）を発症しました（図２）。そこで、ＡＩＤの機能不全が自己免疫疾患を誘導する可能性をさまざまな角度から検証しましたが、その証拠は得られませんでした。

反対に、ＡＩＤ遺伝子を欠損しているものの、全く自己免疫疾患を発症しないマウスが産まれたことから、これらの影響はＡＩＤの機能不全によるものではなく、ＡＩＤ遺伝子の近くに存在する別の遺伝子の変異、あるいはマウスの系統による差の影響である可能性が高くなりました。そこで、ＡＩＤ遺伝子座の近くに存在し、自己免疫疾患を誘導する遺伝素因を「ａｉｄａ変異」、ａｉｄａ変異を有するマウスを「ａｉｄａマウス^注６）」と命名しました。

自己免疫疾患を発症する（ａｉｄａ変異を持つ）ＰＤ－１・ＡＩＤ二重欠損（ａｉｄａ）マウスと、自己免疫疾患を発症しない（ａｉｄａ変異を持たない）ＰＤ－１・ＡＩＤ二重欠損マウスの染色体を詳細に比較した結果、ａｉｄａマウスにはＡＩＤ遺伝子の近くに存在するＬＡＧ－３という免疫細胞の表面に発現するたんぱく質の遺伝子に変異があり、その機能が欠失していることを発見しました（図３）。

ＬＡＧ－３遺伝子の変異はＡＩＤ欠損マウスの作製に使用したＥＳ細胞では認められなかったため、系統による差ではなく、ＡＩＤ欠損マウスをＢＡＬＢ／ｃ系統に戻し交配^注７）する過程で偶然起こった突然変異であることが分かりました。その後、ＬＡＧ－３、ＰＤ－１、ＡＩＤの欠損をさまざまに組み合わせて発症する自己免疫症状を解析したところ、ＢＡＬＢ／ｃ系統においてはＬＡＧ－３単独の欠損では自己免疫疾患を発症しませんが、ＰＤ－１欠損と協調して激しい心筋炎を発症させること、ＮＯＤマウスではＬＡＧ－３単独の欠損で１型糖尿病の発症を悪化させることなど、ＬＡＧ－３が与えるさまざまな影響が分かりました。また、ＰＤ－１とＡＩＤを欠損させたところ胃炎や拡張型心筋症を発症しなかったことから、ＰＤ－１欠損マウスが発症する胃炎や拡張型心筋症には、抗体分子の親和性成熟とクラススイッチが必須であることも分かりました。一方、ＰＤ－１・ＬＡＧ－３二重欠損マウスが発症する激しい心筋炎やＮＯＤ－ＬＡＧ－３欠損マウスが発症する１型糖尿病には、抗体分子の親和性成熟とクラススイッチは不要であり、これらのことから、自己免疫疾患の種類によって抗体分子の親和性成熟とクラススイッチの関与が異なることが明らかになりました。このように、当初ＡＩＤの欠損によると考えられていた自己免疫症状の悪化はＬＡＧ－３の欠損によるものでした。

さらに、Ｔリンパ球の活性化におけるＬＡＧ－３とＰＤ－１の機能を解析し、ＰＤ－１とＬＡＧ－３が協調的に働き、リンパ球の増殖やサイトカインの産生を抑制することも解明しました（図４）。

このように、ＬＡＧ－３は自己免疫疾患の発症制御において極めて重要な役割を果たしますが、単独で欠損させただけでは大きな影響が確認されていなかったため、自己免疫疾患における役割ははっきりとしていませんでした。ＬＡＧ－３欠損がＰＤ－１欠損と偶然出会ったことが、今回のＬＡＧ－３分子がＰＤ－１をはじめとした他の免疫制御分子と協調してリンパ球の自己に対する反応を抑制しているという機能の発見につながりました。

＜今後の展開＞

自己免疫疾患は複数の因子が発症に関与する多因子疾患ですが、本来は健常なＢＡＬＢ／ｃという系統のマウスでもＰＤ－１とＬＡＧ－３の両者を欠損させるだけで自己免疫疾患を自然発症したことから、両者の機能をさらに解析することにより自己免疫疾患制御ネットワークシステムの根幹が解明される可能性があります。

人間にもＬＡＧ－３がありますが、自己免疫疾患における機能はほとんど解析されていません。今後、人間の自己免疫疾患におけるＬＡＧ－３の機能をより詳細に解析すること、ＬＡＧ－３の機能を制御できる薬剤を開発することにより、自己免疫疾患の新規診断・治療につながる可能性があります。また、自己免疫疾患と同様に異常な免疫応答であるアレルギー疾患、一種の自己免疫応答である腫瘍免疫や移植片の拒絶、自己の細胞に感染して毒性を発揮するウイルス感染症などに対しても、効果的な治療法の開発につながるものと期待されます。

＜参考図＞

＜用語解説＞

注１） 自己免疫疾患

異物を認識し排除するための役割を持つ免疫系が、自分自身の正常な細胞や組織に対してまで過剰に反応し攻撃を加えてしまうことで症状を引き起こす疾患の総称。

注２） 親和性成熟とクラススイッチ

抗体分子には親和性成熟とクラススイッチという機能修飾が起こる。親和性成熟とは、抗体分子の抗原に対する親和性が抗原刺激により増すことで、クラススイッチとは抗体分子の重鎖定常領域が置換されることにより、抗原特異性を保持したまま、その機能が変化することを言う。

注３） ＮＯＤマウス（ｎｏｎ－ｏｂｅｓｅ ｄｉａｂｅｔｉｃ ｍｏｕｓｅ）

加齢により一部のマウスが１型糖尿病を自然発症するモデルマウス。

注４） ＡＩＤ（Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｙｔｉｄｉｎｅ ｄｅａｍｉｎａｓｅ）

活性化したＢリンパ球に発現する、シチジンのアミノ基を取り除きウリジンに変換する酵素。抗体分子の親和性成熟とクラススイッチに必須の酵素であり、ＡＩＤ欠損マウスでは、両者とも全く起こらない。ＡＩＤ欠損マウスは自己免疫疾患を基本的には発症しないが、抗体の機能が不十分なために腸内の細菌が異常増殖しており、それを抑え込むために免疫系が異常に活性化していることが知られている。

注５） １型糖尿病

膵臓のインスリン分泌細胞が死滅するために発症する糖尿病。いくつかの原因が報告されているが、自己免疫によるものが最も多いと考えられている。生活習慣の影響が強いとされる２型糖尿病と比較して若年に多い。

注６） ａｉｄａマウス

ヴェルディの悲劇のオペラＡｉｄａ（アイーダ）と、ａｉｄａマウスが重篤な自己免疫疾患になることを掛けて名付けた。

注７） 戻し交配

異なる系統のマウスを交配して得られた産仔を、再度片方の系統のマウスと交配すること。特定の遺伝子変異を有するマウスの遺伝子背景を変更する際には、通常１０世代以上に渡って戻し交配される。今回は、ＣＢＡ系統とＣ５７ＢＬ／６系統のＦ１系統で作製されたＡＩＤ欠損マウスの遺伝子背景をＢＡＬＢ／ｃ系統に変更するために、ＢＡＬＢ／ｃ系統に１０世代に渡り戻し交配された。

＜論文名＞

“PD-1 and LAG-3 inhibitory co-receptors act synergistically to prevent autoimmunity in mice”
（ＰＤ－１とＬＡＧ－３は協調して自己免疫疾患の発症を制御する）
doi: 10.1084/jem.20100466

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