ウイルス由来のＲＮＡを感知し自然免疫受容体
Ｔｏｌｌ様受容体７（ＴＬＲ７）が活性化する機構を解明

ポイント

• 体内に侵入してきたウイルス由来のＲＮＡを感知して自然免疫応答を引き起こすＴｏｌｌ様受容体７（ＴＬＲ７）と呼ばれるタンパク質の立体構造を明らかにしました。
• ＴＬＲ７が２か所の部位でウイルス由来のＲＮＡと低分子リガンド^注１）を同時に認識し、活性化される詳細な機構を明らかにしました。
• ＴＬＲ７を標的としたワクチンアジュバント^注２）やウイルス感染やアレルギーの治療薬などの設計につながることが期待されます。

＜発表内容＞

細菌やウイルスなどの病原体に対する防御機構として、自然免疫機構が備わっています。ＴＬＲ受容体は自然免疫系の受容体であり、病原体の持つ特定の分子の構造を認識しています。ＴＬＲ受容体が活性化すると、自然免疫が発動して炎症反応や抗ウイルス応答が起こり、病原体を排除します。ＴＬＲ受容体は膜貫通タンパク質であり、細胞外のロイシンというアミノ酸を多く持つ繰り返し配列部分で分子構造を認識し、細胞内のＴＩＲドメイン^注８）を通じてシグナルを伝えています。

ＴＬＲ７は一本鎖ＲＮＡの受容体として同定されており、ＨＩＶ－１やＨＣＶウイルス感染症に関与しています。また、自身の死細胞などから放出されるＲＮＡへＴＬＲ７が過度に応答する現象は、自己免疫疾患に関係するとされています。一方で、ＴＬＲ７はイミダゾキノリン誘導体^注９）やグアノシンなどの低分子化合物によって活性化されることも、報告されています。ＴＬＲ７が活性化するとインターフェロンなどの産生を促し、免疫反応を引き起こします。このために、ＴＬＲ７はウイルス感染や自己免疫疾患に対する治療薬やワクチンのアジュバントなどのターゲットとして注目されています。しかし、ＴＬＲ７がどのようにこれらのリガンドを認識し、免疫を活性化するのかについて具体的な機構は不明でした。

本研究グループは、ＴＬＲ７による一本鎖ＲＮＡおよび低分子リガンドの認識機構を、ＴＬＲ７－グアノシン－ｐｏｌｙＵ、ＴＬＲ７－ｌｏｘｏｒｉｂｉｎｅ－ｐｏｌｙＵ、ＴＬＲ７－Ｒ８４８、の３つの複合体の立体構造をＸ線結晶解析^注１０）で明らかにしました。

大型放射光施設ＳＰｒｉｎｇ－８および高エネルギー加速器研究機構Ｐｈｏｔｏｎ　Ｆａｃｔｏｒｙの強力なＸ線を使用して構造解析した結果、ＴＬＲ７はそれぞれのリガンドと２：２（または２：２：２）の複合体を形成することで活性化型のｍ字型の２量体構造をとることが明らかになりました（図１）。グアノシンなどの低分子リガンドは２量体界面中の第１結合部位に結合し特徴的な相互作用により認識されていました。また、１９のウリジンからなるｐｏｌｙＵの断片のＵＵＵ部分はＴＬＲ７のＮ末端側のＬＲＲ１－ＬＲＲ５の凹面およびＺ－ｌｏｏｐ（ＬＲＲ１４とＬＲＲ１５をつなぐ領域）から構成されている第２結合部位に結合していました。ＵＵＵの中央のＵ部分がその周辺のアミノ酸残基と塩基特異的およびリボース特異的な相互作用を形成していました（図２）。

さらに、ＴＬＲ７のリガンド特異性および活性化２量体形成機構を調べました。ＴＬＲ７の第１結合部位は各種ヌクレオシドの中でグアノシンを特異的に認識すること、第２結合部位は非末端部分にウリジン塩基を含む３塩基以上の長さの一本鎖ＲＮＡを特異的に認識することを明らかにしました。また、一本鎖ＲＮＡによるＴＬＲ７の活性化には、第１結合部位と第２結合部位の両方のリガンドが必須であること、さらにＴＬＲ７の第１結合部位のリガンドに対する親和性は、ＴＬＲ７が一本鎖ＲＮＡと結合することで強くなることが明らかになりました。

これらの結果から、ＴＬＲ７の活性化機構を提唱しました（図３）。ＴＬＲ７はまず第２結合部位を用い、非末端部分にウリジン塩基を含む一本鎖ＲＮＡを認識します。次に、第１結合部位にグアノシンが結合することによって、ＴＬＲ７が活性化します。一方で、Ｒ８４８などの合成低分子リガンドの場合には、第１結合部位への結合だけでＴＬＲ７は活性化します。

エンドソーム^注１１）に局在するＴＬＲ７と、ＴＬＲ７に類似したＴＬＲ８とＴＬＲ９は一本鎖核酸を認識し、ウイルス感染や自己免疫疾患、さらにはがんまで、さまざまな疾患に関わっていることがわかっています。本研究グループによるこれまでのＴＬＲ８およびＴＬＲ９の結晶構造解析に加え、今回、さらに世界で初めてＴＬＲ７の結晶構造解析に成功しました。

これまでＴＬＲ７は一本鎖ＲＮＡを認識する受容体だと考えられていましたが、今回の結果から２つのリガンド結合部位を用いて２種類のリガンドを同時に認識し活性化することが明らかになりました。このことから、今後は２つの作用点で制御するという新しい視点で、ＴＬＲ７をターゲットとした治療薬開発が進むと期待されます。

＜参考図＞

＜用語解説＞

注１） リガンド

特定の受容体に結合する物質で、それぞれのＴＬＲ（ヒトの場合ＴＬＲ１～ＴＬＲ１０が存在する）は微生物やウイルス由来の異なる物質をリガンドとする。

注２） アジュバント

抗原と混合して生体に投与することで、投与した抗原に対する免疫応答を増強する物質のことで抗原性補強剤とも呼ばれる。

注３） インターフェロン

細菌やウイルスなどの病原体の侵入に対して免疫系の細胞が分泌するタンパク質で、ウイルスの増殖を抑制する作用や免疫系を活性化するなどの作用を発揮する。

注４） ｐｏｌｙＵ

多数のウリジンがホスホジエステル結合で結合した配列を持つＲＮＡ。本研究では１９のウリジンから構成されるＲＮＡを使用している。

注５） グアノシン

ＲＮＡなどの核酸の構成成分として使われている糖と塩基が結合した化合物（ヌクレオシド）の１つ。生体中では他にアデノシン、チミジン、シチジン、ウリジンなどが使われている。

注６） ｌｏｘｏｒｉｂｉｎｅ

ＴＬＲ７を活性化する低分子リガンドの１つでグアノシン誘導体である。

注７） Ｒ８４８

ＴＬＲ７を活性化する低分子リガンドの１つ、Ｒｅｓｉｑｕｉｍｏｄとも呼ばれる。ＴＬＲ８も活性化する。

注８） ＴＩＲドメイン

ＴＬＲの細胞内の領域で、他のタンパク質と会合することでシグナルを伝達する役割を持っている。

注９） イミダゾキノリン誘導体

３環系のイミダゾキノリン骨格を有する有機化合物。

注１０） Ｘ線結晶解析

物質の構造を解析する手法の1つ。調べたい物質の結晶に対してＸ線を照射して、そこから散乱されたＸ線の強度を観測し解析することで最終的に結晶の構造を知ることができる。

注１１） エンドソーム

生体膜からできている小胞で細胞内に存在している。細胞内に取り込まれた物質の選別、分解、再利用などに関係する。

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