「多種多様な物質の識別」は免疫系が獲得した最も特徴的な能力である。この能力は、生物が様々な外敵を感知するために進化してきたと考えられているが、近年、自己成分の認識にも関与していることがわかってきた。申請者はこれまで、自然免疫受容体が認識する生体分子の同定プラットフォームを構築し、新たな相互作用を報告してきた。本計画研究では、この方法論を領域内で共有するとともに獲得免疫受容体に拡充し、免疫受容体が認識する自己成分の戦略的同定を目指す。また、新たに同定した自己相互作用がもたらす生体応答の功罪を明らかにしていくことで、「免疫受容体による自己認識」が担う高解像度な自己監視機構の実態と免疫学を超えた普遍的な生物学的意義の解明を目的とする。

The "identification of a wide variety of substances" is the most distinctive ability acquired by the immune system. This ability is thought to have evolved to enable organisms to sense a variety of foreign enemies, but it has recently been found to be involved in the recognition of self-components as well. Our group has established a platform to purify and identify self- and non-self-derived molecules recognized by innate immune receptors, and identified novel interactions mainly by focusing on C-type lectin receptors. In this project team, we will share the platform within this research field “Self-referential immune perception” and expand the targets to acquired immune receptors, aiming at strategic identification of self-components recognized by whole immune sensors. In particular, we aim to identify self-derived components recognized by unconventional T cells through the combination of classical biochemistry and novel genetic analyses under the collaboration with other T cell biologists, analytical chemists and bioinformaticians in our research field. In addition, by clarifying the merits and demerits of biological responses caused by such self-interactions, we aim to elucidate the high-resolution self-monitoring network played by "self-recognition by immune sensors" and its universal biological significance beyond immunology.

1. *Reis E Sousa C, *Yamasaki S, *Brown GD. Myeloid C-type lectin receptors in innate immune recognition. Immunity 57:700-717, 2024
2. Ito E, Inuki S, Izumi Y, Takahashi M, Dambayashi Y, Ciacchi L, Awad W, Takeyama A, Shibata K, Mori S, Mak JYW, Fairlie DP, Bamba T, Ishikawa E, Nagae M, Rossjohn J, Yamasaki S. Sulfated bile acid is a host-derived ligand for MAIT cells. Sci. Immunol. 9:eade6924, 2024
3. Shimizu T, Schutt CR, Izumi Y, Tomiyasu N, Omahdi Z, Kano K, Takamatsu H, Aoki J, Bamba T, Kumanogoh A, Takao M, Yamasaki S. Direct activation of microglia by β-glucosylceramide causes phagocytosis of neurons that exacerbates Gaucher disease. Immunity 56:307-319.e8, 2023

我々は、有機合成化学的アプローチにより、免疫機能を制御する糖、ペプチド、脂質、低分子代謝物の同定・機能解析を行ってきた。また、免疫制御分子の構造展開を通して、免疫受容体によるリガンド分子認識機構の解明に注力するとともに、ケミカルツールや医薬品シーズへの展開に取り組んでいる。本研究領域においても、これまでに確立したリガンド同定スキームを拡充し、独自の化学合成技術と最新の分光学的技術を組み合わせ、免疫受容体を介した自己認識の鍵となる生体リガンドの構造同定を目指す。新たに同定したリガンドは分子シミュレーションを利用した構造活性相関研究を進めることで、受容体-リガンド間における相互作用の詳細を解明し、免疫系による自己監視機構の分子実態を紐解く。領域内支援として、我々が関わる創薬等先端技術支援基盤プラットフォーム（BINDS）なども活用し、化合物ライブラリー提供、誘導体合成などを実施する。

We have been identifying and analyzing the functions of glycans, peptides, lipids, and small molecule metabolites that regulate immune system on the basis of bioorganic chemistry approaches. Through the rational designs, synthetic studies and chemical modifications of immnomodulators, we are tackling the elucidation of the molecular recognition mechanisms associated with immunoreceptors and the development of chemical tools and drug candidates. In this research project, our ligand identification scheme combining the chemical synthesis with the spectroscopic techniques, will be expanded to discover key molecules involving immunoreceptor-mediated self-recognition. We plan to carry out the structure-activity relationship studies, chemical modifications and in silico molecular simulations of newly identified ligands. These approaches would provide the understanding of the details of receptor-ligand interactions, leading to uncovering molecular basis of self-recognition by the immune system.

1. Matsuoka T, Motozono C, Hattori, A, Kakeya H, Yamasaki S, Oishi S, Ohno, H, Inuki S. The effects of 5-OP-RU stereochemistry on its stability and MAIT-MR1 axis. ChemBioChem. 22: 672–8, 2021
2. Takeuchi H, Inuki S, Nakagawa K, Kawabe T, Ichimura A, Oishi S, Ohno H. Total Synthesis of Zephycarinatines via Photocatalytic Reductive Radical ipso-Cyclization. Angew. Chem. Int. Ed. 59: 21210–15, 2020
3. Inuki S, Kashiwabara E, Hirata N, Kishi J. Nabika E, Fujimoto Y. Potent Th2 Cytokine-Bias of Natural Killer T Cell by CD1d Glycolipid Ligands Based on “Anchoring Effect” of Polar Groups in Their Lipid Component. Angew. Chem. Int. Ed. 57: 9655–9, 2018

本分担研究の目的は、自然免疫受容体の自己成分由来の認識機構を糖鎖生物学および構造生物学的手法を用いて解明することである。このためにまず、本領域が掲げる自然免疫受容体が認識する自己成分の網羅的かつ戦略的な同定に向けたリガンド解析プラットフォームに対して、糖鎖由来の自己成分に関する糖ペプチド精製条件を確立し、分離・分取システムに供することを目指す。また解析プラットフォームによって同定された受容体とリガンドの組み合わせについて、クライオ電子顕微鏡解析やX線結晶構造解析などの構造生物学的手法を駆使することで、自己認識機構の詳細を原子レベルで明らかにすることを目指す。さらに上記研究と並行して総括班・公募班からの依頼に応じて、タンパク質構造解析に関する技術支援（X線結晶構造解析、クライオ電子顕微鏡解析）も行う予定である。

The purpose of our project is to elucidate the recognition mechanism of endogenous ligands of innate immune receptors using glycobiological and structural biological methods. For this purpose, we will establish glycoprotein (or glycopeptide, glycolipid) purification conditions for glycosylated self-components and provide them for the identification of self-components recognized by innate immune receptors. The combinations of the innate immune receptor-ligands identified by the platform will be subjected to X-ray crystallography and cryo-electron microscopy as well as computational approaches to elucidate the structural details of the self-recognition mechanism at the atomic level.
In parallel with the above research, we will also provide technical support for protein structure analysis (X-ray crystallography and cryo-EM analysis) upon request from the general group and open recruitment group.

1. The cellular and molecular basis of CD69 function in anti-tumor immunity.*Nagae M, Hirata T, Tokoro Y, Tateno H, Yamaguchi Y, Shimizu T, Yasuhiko Kizuka (*Co-corresponding authors) Discovery of a lectin domain in N-acetylglucosaminyltransferase-IVa (MGAT4A), a regulatory subunit for catalysis. Commun. Biol. 5: 695, 2022
2. Lu X, Hosono Y, Nagae M, Ishizuka S, Ishikawa E, Motooka D, Ozaki Y, Sax N, Maeda Y, Kato Y, Morita T, Shinnakasu R, Inoue T, Onodera T, Matsumura T, Shinkai M, Sato T, Nakamura S, Mori S, Kanda T, Nakayama EE, Shioda T, Kurosaki T, Takeda K, Kumanogoh A, Arase H, Nakagami H, Yamashita K, Takahashi Y, Yamasaki S. Identification of conserved SARS-CoV-2 spike epitopes that expand public cTfh clonotypes in mild COVID-19 patients. J. Exp. Med. 218: e20211327, 2021
3. *Nagae M, Kizuka Y, Mihara E, Kitago Y, Hanashima S, Ito Y, Takagi J, Taniguchi N, Yamaguchi Y. (*Correspondence author) Structure and mechanism of cancer-associated N-acetylglucosaminyltransferase-V. Nat. Commun. 9: 3380, 2018

自然免疫系は非自己病原体を認識して排除する生体防御システムであるが、近年、自己成分をも認識することが明らかとなってきた。核酸特異的Toll様受容体(Toll-like receptor, TLR)は、病原体由来核酸に加えて組織損傷などの場合に放出される自己由来核酸にも応答し、様々な疾患の病態に関わる。この自己指向性核酸認識が「罪」の面ばかりでなく恒常性維持に貢献する「功」の側面も持つのか、本計画研究で明らかにする。具体的には、リソソームにおける自己由来核酸に対するTLR応答を、機能的な観点のみならず、構造生物学的、核酸化学的な観点も含めて高解像度でかつ多角的に解析し、その応答の「罪」として組織球症を、「功」として炎症抑制、貪食・クリアランス、組織修復を示す。これらの解析を通して、TLRが担う自己指向性の生物学的意義の解明とTLRストレス応答という新たな概念の確立を目指す。

The innate immune system senses pathogen components to activate defence responses. The innate immune system also responds to self-derived components. For example, Nucleic acid (NA)-sensing Toll-like receptors (TLRs) not only respond to pathogen-derived NAs, but also to self-derived NAs released from damaged cells. NA-sensing TLRs are activated during lysosomal NA stress, accumulation of self-derived NA metabolites due to impaired NA metabolism in the endosomal compartment. We would like to refer to such responses as TLR stress responses. Using genetical, cell biological, structural and chemical approaches, we will analyse TLR stress responses to reveal their roles in: disease such as autoimmune diseases and histiocytosis as the dark side; and tissue clearance and repair as the light side. The goal of our analyses is to extend our understanding of TLR responses beyond inflammatory responses to stress response.

1. Murakami Y, Fukui R, Tanaka R, Motoi Y, Kanno A, Sato R, Yamaguchi K, Amano H, Furukawa Y, Suzuki H, Suzuki Y, Tamura N, Yamashita N, Miyake K. Anti-TLR7 Antibody Protects Against Lupus Nephritis in NZBWF1 Mice by Targeting B Cells and Patrolling Monocytes. Front. Immunol. 12: 777197, 2021
2. Sato R, Kato A, Chimura T, Saitoh SI, Shibata T, Murakami Y, Fukui R, Liu K, Zhang Y, Arii J, Sun-Wada GH, Wada Y, Ikenoue T, Barber GN, Manabe T, Kawaguchi Y, Miyake K. Combating herpesvirus encephalitis by potentiating a TLR3-mTORC2 axis. Nat Immunol. 19: 1071-82, 2018
3. Shibata T, Ohto U, Nomura S, Kibata K, Motoi Y, Zhang Y, Murakami Y, Fukui R, Ishimoto T, Sano S, Ito T, Shimizu T, Miyake K. Guanosine and its modified derivatives are endogenous ligands for TLR7. Int. Immunol. 28: 211-22, 2016

X線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡による単粒子解析により対象とするタンパク質の立体構造を原子レベルで解明し、構造と機能の関係を明らかにする構造生物学を専門としています。これまで自然免疫に関わるタンパク質、特にセンサータンパク質の一つであり核酸をリガンドとするToll様受容体(TLR)の構造解析に取り組みリガンドの認識機構などを構造生物学的に明らかにしてきました。この一連の研究を通して核酸認識TLRは代謝産物を認識するという知見を明らかにしています。また、Nod様受容体（NLR）にも注目し、構造解析に取り組んでいます。今後もTLRやNLRをはじめとする自然免疫受容体、核酸のプロセシングに関わるタンパク質やリガンドの環境制御に関わるトランスポーター、さらには本領域に密接に関わるタンパク質について構造生物学的な研究を進めていきたいと考えています。

Our research field is Structural Biology and our aim is to create the structural basis of the biological molecules and to understand the biological functions from the structural and mechanistic viewpoints.
As the methodology for structural analysis, we mainly make use of single particle cryo-electron microscopy (cryo-EM) and X-ray crystallography, determining 3D structures of proteins at atomic resolution.
Innate immunity constitutes the primary defense system of host against invading microbial pathogens. This mechanism of host defense involves the recognition of pathogens by pattern-recognition receptors (PRRs). The two principal classes of PRRs predominantly involved in the recognition of molecular structures unique to microbial pathogens are Toll-like receptors (TLRs) and the nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptors (NLRs). Our structural, biophysical and cellular studies of innate immunity will focus on TLRs, especially nucleic acid sensing TLRs working in lysosome, and NLRs. In addition, we focus on transporters and nucleic acid processing enzymes in lysosome, which play important roles in the regulation of lysosomal environment and affecting the nucleic acid sensing TLRs activities. These studies will advance our understanding of receptor activation and regulatory mechanisms in innate immunity.

1. Ishida H, Asami J, Zhang Z, Nishizawa T, Shigematsu H, Ohto U, Shimizu T. Cryo-EM structures of Toll-like receptors in complex with UNC93B1. Nat. Struc. Mol. Biol. 28:173-80, 2021
2. Zhang Z, Ohto U, Shibata T, Krayukhina E, Taoka M, Yamauchi Y, Tanji H, Isobe T, Uchiyama S, Miyake K, Shimizu T. Structural basis for activation of Toll-like receptor 7, a dual receptor for guanosine and single-stranded RNA. Immunity 45: 737-48, 2016
3. Tanji H, Ohto U, Shibata T, Miyake K, Shimizu T. Structural reorganization of the Toll-like receptor 8 dimer induced by agonistic ligands. Science 339: 1426-9, 2013

免疫センサーが直接結合し、認識するRNA（リボ核酸）をUV クロスリンク免疫沈降法（CLIP）などによって同定し、その相互作用が自己・非自己免疫系に及ぼす影響を遺伝子改変マウスを用いて解析、免疫系とRNAの連関による新たな免疫・炎症分子メカニズムを解明します。

RNA (ribonucleic acid) directly bound and recognized by immune sensors will be identified by UV cross-linked immunoprecipitation (CLIP). The effects of their interactions on the autoimmune and non-autoimmune systems will be analyzed using genetically modified mice to elucidate new immune and inflammatory molecular mechanisms through the linkage between the immune system and RNAs.

1. Nakamichi R, Ma S, Nonoyama T, Chiba T, Kurimoto R, Ohzono H, Olmer M, Shukunami C, Fuku N, Wang F, Morrison E, Pitsiladis YP, Ozaki T, D’Lima D, Lotz M, Patapoutian A, Asahara H*. The mechanosensitive ion channel PIEZO1 is expressed in tendons and regulates physical performance. Sci. Transl. Med. 14:eabj5557, 2022
2. Ito Y, Matsuzaki T, Ayabe F, Mokuda S, Kurimoto R, Matsushima T, Mochizuki Y, Inotsume M, Tsutsumi H, Liu L, Shinohara M, Tanaka Y, Nakamichi R, Nishida K, Lotz M, Asahara H*. Both microRNA-455-5p and -3p repress hypoxia-inducible factor-2α expression and coordinately regulate cartilage homeostasis. Nat. Commun. 12:4148, 2021
3. Kurimoto R, Chiba T, Ito Y, Matsushima T, Yano Y, Miyata K, Yashiro Y, Suzuki T, Tomita K, Asahara H*. The tRNA pseudouridine synthase TruB1 regulates the maturation and function of let-7 miRNA. EMBO J. 39: e104708, 2020

研究代表者の和泉は、質量分析を基盤としたオミクス解析（メタボロミクス、リピドミクス、プロテオミクス）を専門とし、各種クロマトグラフィー高分解能質量分析・分取技術を用いて内因性代謝物リガンドの同定に成功してきた（Nagata, PNAS 2018; Nagata, J Exp Med 2021）。本研究では、世界最高レベルの分離・分析・分取技術を用いて、免疫センサー分子が認識する未知の自己成分（=自己リガンド）を包括的に同定する。さらに、免疫センサー分子群と自己成分の結合親和性（Kd）、免疫センサー分子と自己成分の定量値、高精度のオミクスデータを取得し、研究分担者の宇田と連携しながら情報理論的アプローチから自己認識を介した免疫ネットワーク形成の数理モデルを構築する。

Dr. Izumi is a researcher specializing in omics analysis, including metabolomics, lipidomics, and proteomics by mass spectrometry. Izumi and colleagues have successfully identified exogenous and endogenous metabolite ligands using various chromatographic high-resolution mass spectrometry and preparative techniques (Nagata, PNAS 2018; Nagata, J Exp Med 2021). In this study, we will use omics analysis techniques to comprehensively identify unknown self　components (i.e., self-ligands) recognized by immunosensors. Using the binding affinity (Kd) between immunosensor molecules and self-ligands, quantitative values of self-ligands, and high-precision omics data, we will attempt to construct a mathematical model of immune network formation through self-recognition from an information-theoretic approach in collaboration with our research partner, Dr. Uda.

1. Nishiumi S, Izumi Y, Hirayama A, Takahashi M, Nakao M, Hata K, Saigusa D, Hishinuma E, Matsukawa N, Tokuoka SM, Kita Y, Hamano F, Okahashi N, Ikeda K, Nakanishi H, Saito K, Hirai MY, Yoshida M, Oda Y, Matsuda F, Bamba T. Comparative evaluation of plasma metabolomic data from multiple laboratories. Metabolites 12: 135, 2022
2. Hata K, Izumi Y, Hara T, Matsumoto M, Bamba T. In-line sample processing system with an immobilized trypsin-packed fused-silica capillary tube for proteomic analysis of a small number of mammalian cells. Anal. Chem. 92: 2997-3005, 2020
3. Takahashi M, Izumi Y, Iwahashi F, Nakayama Y, Iwakoshi M, Nakao M, Yamato S, Fukusaki E, Bamba T.Highly accurate detection and identification methodology of xenobiotic metabolites using stable isotope labeling, data mining techniques, and time-dependent profiling based on LC/HRMS/MS. Anal. Chem. 90: 9068-76, 2018

システム生物学の観点から生命現象のモデリング、および、統計学的手法や機械学習を用いた生物学データの解析に取り組んでいる。そのひとつとして、情報理論的アプローチから非線形な相互作用の解析を可能とする方法の開発を行っている（Uda, Science 2013; Uda, Biophys Rev 2020）。本領域における研究では、研究代表者の和泉らによって同定される免疫センサー分子が認識する未知の自己成分（=自己リガンド）と免疫センサー分子に関する定量情報および高精度オミクスデータを用いて、自己認識を介した免疫ネットワーク形成の数理モデルの構築を目指す。

We tackle problems of biological data analysis from the viewpoint of systems biology by statistical analysis and machine learning methods. In particular, we develop methods to evaluate nonlinear interactions between biological components by using the framework of information theory (Uda, Science 2013; Uda, Biophys Rev 2020). In this research project, the goal is the mathematical modeling of the network of self-recognition by the immune system, and we analyze omics datasets using the information with respect to immunosensor molecules, which are acquired by the collaborators.

1. Matsuzaki F, Uda S, Yamauchi Y, Matsumoto M, Soga T, Maehara K, Ohkawa Y, Nakayama KI, Kuroda S, Kubota H. An extensive and dynamic trans-omic network illustrating prominent regulatory mechanisms in response to insulin in the liver. Cell Rep. 36: 109569, 2021
2. Kubota H, Uda S, Matsuzaki F, Yamauchi Y, Kuroda S. In Vivo Decoding Mechanisms of the Temporal Patterns of Blood Insulin by the Insulin-AKT Pathway in the Liver. Cell Syst. 7:118-28.e3, 2018
3. Uda S, Saito TH, Kudo T, Kokaji T, Tsuchiya T, Kubota H, Komori Y, Ozaki Y, Kuroda S. Robustness and Compensation of Information Transmission of Signaling Pathways. Science 341: 558-61, 2013

細胞膜は細胞と外界を仕切る、生物の最も根幹的な構造体である。リン脂質二重層がその実体であり、構成するリン脂質は二重層間で非対称に分布する。フリッパーゼは自己の特定の膜リン脂質を基質として認識し、非対称に分布させる分子である。フリッパーゼ欠損マウスは、マクロファージによる前駆B細胞の自己貪食などの免疫に関する異常や膜タンパク質のプロテオスタシスの異常を引き起こす。また最近、新たにフリッパーゼとして見出した小胞体膜タンパク質を欠損するヒトも、特定の病原体に対して著しく脆弱となる。本計画研究では、リン脂質を感知・動態制御する分子を戦略的に同定することで、膜脂質が担う未知の自己監視機構や生体防御機構の実態を明らかにし、さらに免疫学を超えて普遍的な生物学的意義を解明することを目指す。

The plasma membrane is a fundamental structure of living organisms and is composed of the lipid bilayer, where the constituent phospholipids are asymmetrically distributed. Flippases are molecules that recognize their specific membrane phospholipids as substrates and distribute them asymmetrically. Mice deficient in a flippase show immune-related abnormalities such as efferocytosis of progenitor B cells by macrophages and abnormal proteostasis of several membrane proteins. Humans deficient in a flippase localized at the endoplasmic reticulum are also vulnerable to specific pathogens. By strategically identifying molecules that sense and regulate phospholipids in the biological membranes, this project aims to elucidate the unknown self-surveillance and cell-intrinsic immunity systems and their biological significance beyond immunology.

1. Segawa K, Kikuchi A, Noji T, Sugiura Y, Hiraga K, Suzuki C, Haginoya K, Kobayashi Y, Matsunaga M, Ochiai Y, Yamada K, Nishimura T, Iwasawa S, Shoji W, Sugihara F, Nishino K, Kosako H, Ikawa M, Uchiyama Y, Suematsu M, Ishikita H, Kure S, Nagata S. A sublethal ATP11A mutation associated with neurological deterioration causes aberrant phosphatidylcholine flipping in plasma membranes. J. Clin. Invest. 131:e148005, 2021
2. Segawa K, Yanagihashi Y, Yamada K, Suzuki C, Uchiyama Y, Nagata S. Phospholipid flippases enable precursor B cells to flee engulfment by macrophages. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 115: 12212-7, 2018
3. Segawa K, Kurata S, Yanagihashi Y, Brummelkamp TR, Matsuda F, Nagata S. Caspase-mediated cleavage of phospholipid flippase for apoptotic phosphatidylserine exposure. Science 344: 1164-8, 2014

細胞内でのタンパク質の分解、輸送を制御する機能分子の遺伝子変異（バリアント）により、様々な免疫病態、炎症病態が生じることが明らかになり、免疫系がタンパク質の分解、輸送を監視していることが分かってきた。我々は、タンパク質の分解除去、抗原ペプチドの生成に関与するプロテアソームサブユニットの新規遺伝子バリアントを、自己炎症と獲得免疫不全を呈する患者において同定すると共に、その遺伝子バリアントを導入したマウスにおいて患者所見が再現されることを見出し、その遺伝子バリアントが疾患の原因であることを明らかにした。本研究では、免疫異常を来す患者で同定された、タンパク質の分解に関与する機能分子の遺伝子バリアントの解析を進めることにより、生体防御における自己認識の「功」と「罪」の解明を目指す。

Genetic variants of the molecules that regulate protein degradation and transport within cells lead to various immune and inflammatory disorders, indicating that the protein degradation and transport system was critical for the immune surveillance. We have identified a novel genetic variant of a subunit of proteasome in patients with autoinflammation and acquired immunodeficiency. Proteasome is a protein complex consisting of several subunits and is involved not only in degradation and removal of useless or inadequately folded proteins but also in the processing of antigenic peptides from various self or non-self proteins. We have then found that manifestations of the patients were significantly recapitulated in mutant mice carrying the variant and that the genetic variant is the cause of the disease. We aim to elucidate merits and sins of self-recognition by the immune system through the analysis on genetic variants that were identified in patients with various kinds of immune disorders such as autoinflammation and/or immunodeficiency.

1. Kanazawa N, Hemmi H, Kinjo N, Ohnishi H, Hamazaki J, Mishima H, Kinoshita A, Mizushima T, Hamada S, Hamada K, Kawamoto N, Kadowaki S, Honda Y, Izawa K, Nishikomori R, Tsumura M, Yamashita Y, Tamura S, Orimo T, Ozasa T, Kato T, Sasaki I, Fukuda-Ohta Y, Wakaki-Nishiyama N, Inaba Y, Kunimoto K, Okada S, Taketani T, Nakanishi K, Murata S, Yoshiura KI, Kaisho T. Heterozygous missense variant of the proteasome subunit β-type 9 causes neonatal-onset autoinflammation and immunodeficiency Nat. Commun. 12: 6819, 2021
2. Kato T, Yamamoto M, Honda Y, Orimo T, Sasaki I, Murakami K, Hemmi H, Fukuda-Ohta Y, Isono K, Takayama S, Nakamura H, Otsuki Y, Miyamoto T, Takita J, Yasumi　T, Nishikomori R, Matsubayashi T, Izawa K, Kaisho T. Augmentation of STING-induced type I interferon production in COPA syndrome. Arthritis. Rheumatol. 73: 2105-15, 2021
3. Ohta T, Sugiyama M, Hemmi H, Yamazaki C, Okura S, Sasaki I, Fukuda Y, Orimo T, Ishii KJ, Hoshino K, Ginhoux F, Kaisho T. Crucial roles of XCR1-expressing dendritic cells and the XCR1-XCL1 chemokine axis in intestinal immune homeostasis. Sci. Rep. 6:23505, 2016

タンパク質の細胞内局在、オルガネラ間の輸送は、インフラマソームなどの免疫センサー機能を様々なレベルで制御しており、この輸送機構の破綻により、免疫異常、自己炎症性疾患が発症することがわかってきている。輸送を担う機能分子COPAの遺伝子バリアントにより、獲得免疫活性化を伴う自己炎症性疾患（COPA症候群）が発症する。本邦患者で同定されたCOPAの新規遺伝子バリアントをマウスに導入し解析したところ、間質性肺炎などの患者所見が再現されると共に、シグナル伝達分子STINGの輸送障害を起因とする細胞質内DNAセンサー経路の亢進が認められた。本研究では、遺伝子バリアントの解析を通じて、細胞内タンパク質の輸送変動によりどのように組織恒常性（免疫寛容）が維持されているのか（功の側面）、また、その輸送変動制御機構の破綻により、どのようにして免疫炎症病態が発症するのか（罪の側面）、その分子基盤を解明する。

Intracellular localization of proteins and their transport among various organelle are critically involved in immune sensing systems such as inflammasomes. This perturbation leads to various kinds of immune disorders. Coatomer subunit alpha (COPA) syndrome is an autoinflammatory disease accompanied with activation of adaptive immunity and is caused by heterozygous genetic variants of COPA, which is a subunit of a protein complex involved in intracellular protein transport. We have generated the mutant mice carrying a novel genetic variant of COPA found in a family of Japanese patients and found that the mutant mice showed an interstitial lung disease and type I interferonopathy, as found in the patients. Analysis on the mutant dendritic cells revealed that an intracellular DNA sensor pathway is activated by disturbance of intracellular transport, thereby causing the type I interferonopathy. We aim to clarify the molecular and cellular mechanisms not only how intracellular protein transport contributes to cellular, tissue and individual homeostasis (merits) but also how dysregulation of this homeostasis leads to various immune and inflammatory disorders (sins) by analyzing the mutant mice carrying the genetic variants found in patients.

1. Kato T, Yamamoto M, Honda Y, Orimo T, Sasaki I, Murakami K, Hemmi H, Fukuda-Ohta Y, Isono K, Takayama S, Nakamura H, Otsuki Y, Miyamoto T, Takita J, Yasumi T, Nishikomori R, Matsubayashi T, Izawa K, Kaisho T. Augmentation of STING-induced type I interferon production in COPA syndrome. Arthritis. Rheumatol. 73:2105-15, 2021
2. Orimo T, Sasaki I, Hemmi H, Ozasa T, Fukuda-Ohta Y, Ohta T, Morinaka M, Kitauchi M, Yamaguchi T, Sato Y, Tanaka T, Hoshino K, Katayama KI, Fukuda S, Miyake K, Yamamoto M, Satoh T, Furukawa K, Kuroda E, Ishii KJ, Takeda K, Kaisho T. Cholera toxin B induces interleukin-1β production from resident peritoneal macrophages through the pyrin inflammasome as well as the NLRP3 inflammasome. Int. Immunol. 31: 657-68, 2019
3. Sasaki I, Hoshino K, Sugiyama T, Yamazaki C, Yano T, Iizuka A, Hemmi H, Tanaka T, Saito M, Sugiyama M, Fukuda Y, Ohta T, Sato K, Ainai A, Suzuki T, Hasegawa H, Toyama-Sorimachi N, Kohara H, Nagasawa T, Kaisho T. Spi-B is critical for plasmacytoid dendritic cell function and development, Blood 120: 4733-43, 2012

本領域研究では、我々が原因遺伝子を同定したプロテアソーム機能異常に起因するproteasome-associated autoinflammatory syndromes （PRAAS）をモデルとして、自己タンパク質の質的および量的変化を感知する機構を解明する事を目指す。PRAASでは、プロテアソームによる自己タンパク質の正常な感知と分解の異常が引き起こされる。ところが、細胞内タンパク質の量的変化がどのような機序により異常な細胞応答を引き起こしているかについては未解明である。本計画では、各種の遺伝子改変マウスを用いて、細胞内タンパク質の量的変動を定量的に解析し、閾値を超えた際に発症する病態の分子機序を解析する。その解析から、細胞内タンパク質の量的な平衡状態が維持する自己認識の「功」的側面としての免疫寛容維持機構と、その破綻によって引き起こされる「罪」的側面としての病態発症機構を解明する事を目指す。

Intracellular proteins levels are tightly controlled and dysregulation of the homeostasis causes various cellular responses including cell death. The proteasomes are protein degradation machineries that target ubiquitinated proteins. There are three types of proteasomes; standard proteasome, immunoproteasomes and thymoproteasomes. Our group discovered a mutation in PSMB8 that is a component of immunoproteasomes (proteasome-associated autoinflammatory syndrome; PRAAS) and the mutation caused panniculitis, lipodystrophy and splenomegaly. Subsequent studies revealed the mutations in other proteasomes components in PRAAS patients. The mutation in proteasomes subunits disturbs the proteasomes assembly, which eventually leads to low number of mature proteasomes in the cells and thus low proteasomes activity. However, it remains unclear how dysfunction of immunoproteasomes triggers various symptoms and aberrant cellular responses in PRAAS patients. Thus, we here aim to elucidate the sensing mechanisms about qualitative and quantitative changes of protein levels inside the cells by evaluating PRAAS. We also aim the establish animal models of PRAAS to address the molecular mechanism of various symptoms and cellular responses. We will quantitatively analyze the quantitative c/ qualitative changes in intracellular proteins using genetically engineered mice, and analyze the molecular mechanisms of the pathological conditions that develop when thresholds are exceeded. We also plan to establish in vitro screening systems to evaluate the association of dysregulated proteasomes activity and inflammatory responses. By those analysis, we will address how cells regulates intracellular proteins levels and how immune receptors sense those changes in order to achieve the goals of this collaborative grant.

1. Tsukumo SI, Subramani PG, Seija N, Tabata M, Maekawa Y, Mori Y, Ishifune C, Itoh Y, Ota M, Fujio K, Di Noia JM, Yasutomo K. AFF3, a susceptibility factor for autoimmune diseases, is a molecular facilitator of immunoglobulin class switch recombination. Sci Adv. 2022
2. Takezaki A, Tsukumo SI, Setoguchi Y, Ledford JG, Goto H, Hosomichi K, Uehara H, Nishioka Y, Yasutomo K. A homozygous SFTPA1 mutation drives necroptosis of type II alveolar epithelial cells in patients with idiopathic pulmonary fibrosis. J. Exp. Med. 216: 2724-35, 2019
3. Maekawa Y, Ishifune C, Tsukumo SI, Hozumi K, Yagita H, Yasutomo K. Notch controls the survival of memory CD4+ T cells by regulating glucose uptake. Nat. Med. 21: 55-61, 2015

T細胞は免疫応答の中枢を担う細胞である。遺伝子再構成によって形成された多様性のある抗原受容体 (TCR) は、胸腺にて自己抗原との相互作用の違いにより、さまざまなT細胞へと分化成熟を遂げる。なかでも自然免疫型T細胞と呼ばれるT細胞群は自己抗原への反応性が強いことが想定されているが、その認識抗原や機能の実態は不明である。またT細胞はTCRを介した抗原認識によって活性化する一方で、その制御にはTCR以外の補助受容体様分子が不可欠である。とりわけ申請者は、レクチン様分子CD69が、T細胞上で自己成分を認識する補助受容体様分子として機能することを明らかにしてきた。本計画研究では、TCRと補助受容体様分子による自己成分認識がもたらす、「功」としての組織保護作用、「罪」としての炎症亢進作用、がん特異的T細胞の疲弊誘導の分子機構を明らかにすることで、これまで知られていないT細胞による自己成分感知の実体とその生物学的意義の解明を目的とする。

A highly diverse T cell receptor (TCR) repertoire generated by the random gene rearrangements is a fundamental property of an acquired immune system. Various kinds of T cell subsets are generated in the thymus depending on their specificities against self-antigens. “Innate-type T cells” are particularly assumed to have high reactivity to self-antigens, but actual self-antigens they recognize and their functions in a body have not been well understood. T cell activation is primarily induced by TCR stimulation, but also co-receptor-like molecules play crucial roles in T cell-mediated immune functions such as tissue protection and inflammation. Indeed, we have shown that the lectin-like molecule CD69 on T cells functions as a co-receptor-like molecule that recognizes self-components. Accordingly, we aim to elucidate the molecular mechanisms of that TCR and co-receptor-like molecule coordinately regulate immune function. Our goal is to reveal the previously unknown mechanism sensing self-component by T cells and its biological significance.

1. *Kimura MY, Thomas J, Tai X, Cuinter TI, Shinzawa M, Etzensperger, R, Li Z, Love P, Nakayama T. *Singer A. Timing and duration of MHC I positive selection signals are adjusted in the thymus to prevent lineage errors. Nat. Immunol. 17: 1415-23, 2016 *Co-corresponding author
2. #Hayashizaki K, #Kimura MY, #Tokoyoda K, Hosokawa H, Shinoda K, Hirahara K, Ichikawa T, Onodera A, Hanazawa A, Iwamura C, Kakuta J, Muramoto K, Motohashi S, Tumes DJ, Iinuma T, Yamamoto H, Ikehara Y, Okamoto Y, *Nakayama T. Myosin light chain 9 and 12 are functional ligands for CD69 that regulate airway inflammation. Sci. Immunol. 1: eaaf9154, 2016 #Co-first Author
3. *Kimura, M.Y., Igi, A., Hayashizaki, K., Mita, Y., Shinzawa, M., Kadakia, T., Endo, Y., Ogawa, S., Yagi, R., Motohashi, S., Singer, A., and Nakayama, T.: CD69 prevents PLZFhi innate precursors from prematurely exiting the thymus and aborting NKT2 cell differentiation. Nat. Commun. 9: 3749, 2018. *Corresponding author

がん免疫療法の奏功には幹細胞様CD8T細胞を起点とする継続的な免疫応答が重要である。申請者らは幹細胞様CD8T細胞に発現する制御因子としてレクチン様分子CD69を見出した。本計画研究では抗腫瘍免疫応答時におけるCD69を介した自己成分認識機構を明らかにし、新たなコンセプトに基づくがん免疫療法の開発を目指す。

Tumor specific stem-like CD8T cells play a pivotal role in long-term maintenance of anti-tumor immune responses and are necessary for the efficacy of cancer immunotherapy. We discovered the lectin-like molecule CD69 as an important regulator of stem-like CD8T cells. In this study, we aim to clarify the mechanism of CD69-mediated self-recognition and develop the basis of anti-CD69 antibody therapy as a novel cancer treatment.

1. Koyama-Nasu R, Wang Y, Hasegawa I, Endo Y, Nakayama T, Kimura, MY. The cellular and molecular basis of CD69 function in anti-tumor immunity. Int. Immunol. 2022 Jun 11 online ahead of print.
2. Endo Y, Onodera A, Obata-Ninomiya K, Koyama-Nasu R, Asou HK, Ito T, Yamamoto T, Kanno T, Nakajima T, Ishiwata K, Kanuka H, Tumes DJ, Nakayama T. ACC1 determines memory potential of individual CD4+ T cells by regulating de novo fatty acid biosynthesis. Nat. Metab. 1: 261-75, 2019
3. Mita Y, Kimura MY, Hayashizaki K, Koyama-Nasu R, Ito T, Motohashi S, Okamoto Y, Nakayama T. Crucial role of CD69 in anti-tumor immunity through regulating the exhaustion of tumor-infiltrating T cells. Int. Immunol. 30: 559-67, 2018

自然免疫系による異物の感知と活性化は、生体防御応答の起点となる必要不可欠なプロセスです。一方で、自然免疫の暴走は、組織傷害や自己免疫疾患の原因となる場合もあることから、過剰に活性化しないよう厳密に調節されています。最近まで、単球は、骨髄で産生されて末梢組織に移動し、病原体やがん細胞の殺傷に関与する攻撃的な自然免疫細胞と捉えられてきました。私たちの研究グループは、炎症回復期の骨髄では、炎症促進型の単球産生が減少する一方で、炎症調節型のサイトカインを産生する自然免疫細胞「制御性単球」が爆発的に増加することを発見しました。制御性単球を消去したマウスでは、腸炎に伴う傷害組織の修復が遅延したことから、この細胞が組織修復に寄与することが分かりました。 本計画では、制御性単球の分化、増殖、 組織分布、標的を明らかにしていくことで、「自己を保護する」機能に特化した自然免疫細胞が担う自己監視機構の実態を解明することを目指しています。

Innate immune system not only respond to non-self pathogens but also to materials that are generated in our body. This reaction is considered harmful because it can cause tissue injury or sometimes autoimmune diseases. However, we do not know whether self-recognition by innate immune system brings us any benefit.
Our group focus on a subset of monocytes that are barely observed in the steady-state but rapidly expand in the late phase of inflammation. These monocytes migrate to an inflammatory site and contribute to tissue repair, thereby named “regulatory monocytes”. Unlike classical monocytes arising from common monocytes progenitors, regulatory monocytes differentiate from progenitors that are believed as cells committed to become neutrophils. Human parallel to the mouse regulatory monocytes that also originate from neutrophil progenitors are found in peripheral blood. These findings suggest that generation of regulatory monocytes from neutrophil progenitors is a system conserved in mouse and human, may be harnessed to recover homeostasis disturbed by inflammatory stimuli.
Our group aims to identify factors driving the differentiation of regulatory monocytes. Findings obtained from this project may explain why our innate immune system developed an ability to respond to self-materials.

1. Shibuya T, Kamiyama A, Sawada H, Kikuchi K, Maruyama M, Sawado R, Ikeda N, Asano K, Kurotaki D, Tamura T, Yoneda A, Imada K, Satoh T, Akira S, Tanaka M, Yotsumoto S. Immunoregulatory Monocyte Subset Promotes Metastasis Associated With Therapeutic Intervention for Primary Tumor. Front. Immunol. 12: 663115. 2021
2. Ikeda N, Asano K, Kikuchi K, Uchida Y, Ikegami H, Takagi R, Yotsumoto S, Shibuya T, Makino-Okamura C, Fukuyama H, Watanabe T, Ohmuraya M, Araki K, Nishitai G, Tanaka M. Emergence of immunoregulatory Ym1+Ly6Chi monocytes during recovery phase of tissue injury. Sci. Immunol. 3: eaat0207, 2018
3. Asano K, Takahashi N, Ushiki M, Monya M, Aihara F, Kuboki E, Moriyama S, Iida M, Kitamura H, Qiu CH, Watanabe T, Tanaka M. Intestinal CD169+ macrophages initiate mucosal inflammation by secreting CCL8 that recruits inflammatory monocytes.
   Nat. Commun. 6: 7802, 2015

マウス単球は、Ly6C陽性単球とLy6C陰性単球の2つの亜集団に分類される。私は、感染や組織傷害に伴う緊急造血時には、上記2つの単球亜集団とは異なる第３の単球亜集団”制御性単球”が骨髄から産生されることを世界に先駆けて報告した。制御性単球は、定常時の単球とは異なる経路から分化し、DSS誘導大腸炎の炎症抑制および組織修復に寄与することを報告した。最近、マウス制御性単球で得た知見をもとにヒト単球集団を解析し、新規単球サブセットCXCR1陽性単球を同定した。さらに、CXCR1陽性単球はCXCR1陰性単球と比較して、炎症性サイトカイン産生能が低く、T細胞増殖抑制効果を示すことから、本単球がヒト制御性単球であると結論付けた。現在私は、ヒトおよびマウス制御性単球の疾患における機能解析および本単球の分化誘導機構解析を目的としている。将来的には、制御性単球を標的とした新規治療法の開発が期待される。

Recently, we found a subset of Ly6Chi monocytes that rapidly expand in the recovery phase of inflammation. As these monocytes displayed an immunoregulatory phenotype and contributed to tissue repair, we named these cells “regulatory monocytes”. Regulatory monocytes arise from granulocyte monocyte progenitors (GMP) through progenitors of neutrophil 1 (proNeu1), that were considered as cells committed to become neutrophils. We identified human CXCR1+CD14+ monocytes that also differentiate from neutrophil progenitors and suppress the proliferation of T cells as the counterpart for mouse regulatory monocytes. The goal of our project is to identify endogenous materials that selectively drive the differentiation of regulatory monocytes. By fate-mapping the differentiation of regulatory monocytes in peripheral tissues, we will determine how regulatory monocytes, and macrophages derived from them, promote tissue repair. We are eager to develop a new therapy for inflammatory diseases by accelerating the differentiation of regulatory monocytes in human.

1. Shibuya T, Kamiyama A, Sawada H, Kikuchi K, Maruyama M, Sawado R, Ikeda N, Asano K, Kurotaki D, Tamura T, Yoneda A, Imada K, Satoh T, Akira S, Tanaka M, Yotsumoto S. Immunoregulatory Monocyte Subset Promotes Metastasis Associated With Therapeutic Intervention for Primary Tumor. Front. Immunol. 12: 663115, 2021
2. Ikeda N, Asano K, Kikuchi K, Uchida Y, Ikegami H, Takagi R, Yotsumoto S, Shibuya T, Makino-Okamura C, Fukuyama H, Watanabe T, Ohmuraya M, Araki K, Nishitai G, Tanaka M. Emergence of immunoregulatory Ym1+ Ly6Chi monocytes during recovery phase of tissue injury, Sci. immunol. 3: eaat0207, 2018
3. Kikuchi K, Iida M, Ikeda N, Moriyama S, Hamada M, Takahashi S, Kitamura H, Watanabe T, Hasegawa Y, Hase K, Fukuhara T, Sato H, Kobayashi EH, Suzuki T, Yamamoto M, Tanaka M, Asano K. Macrophages Switch Their Phenotype by Regulating Maf Expression during Different Phases of Inflammation, J. Immunol. 201: 635-651, 2018

制御性T細胞（Treg）は、T細胞受容体（TCR）を介して自己抗原を認識して分化・活性化し、自己を傷害する病原性T細胞の反応を抑制して自己に対する免疫寛容を確立・維持している。申請者はこれまでに、Tregが自己免疫疾患を抑制する機能に紐づいたTCRクロノタイプを複数同定してきた。本研究では、この発見を手がかりとして、免疫応答を制御する側とされる側のTCRが認識する自己の分子的実体を同定し、Tregが自己に対して特異的に免疫寛容を成立させる分子基盤を解明する。そして、Tregの自己反応性が非自己、擬自己に対する免疫応答に与える影響を解析し、その「功」と「罪」を明らかにする。Tregによる自己・非自己の識別機構の解明は、免疫応答を抗原特異的に操作して様々な難治性疾患を特異的に治療する方法論の確立につながり、学術を変革するポテンシャルを持っている。

Regulatory T (Treg) cells are central to the establishment and maintenance of immunological self-tolerance and tissue homeostasis. The “master” transcription factor Foxp3 and T cell receptor (TCR) signals are key determinants of their differentiation and function. It is now well appreciated that Treg cells differentiate and exert immune suppressive functions upon TCR recognition of immunological self. Yet, the identity of self-antigens that are recognized by Treg TCRs and are relevant for immunological self-tolerance has been poorly elucidated. Through analyses of mouse models harboring missense Foxp3 mutations that were identified in patients with the autoimmune disease IPEX, we previously reported that the Foxp3 A384T mutation impairs effector differentiation and homeostasis of Treg cells and thereby causes inflammation in a tissue-restricted manner (Hayatsu et al., Immunity, 2017). Moreover, we have recently identified several Treg TCR clonotypes that are expanded in healthy wild-type tissues but not in inflamed mutant tissues and thus appear to be functionally important for Treg cells to suppress tissue inflammation. In this project, through unique collaborations with other teams, we aim to identify self-antigens recognized by these functionally relevant Treg TCR clonotypes and elucidate the antigen-specificity of Treg cell-mediated immune regulation required for immunological self-tolerance.

1. Hayatsu N, Miyao T, Tachibana M, Murakami R, Kimura A, Kato T, Kawakami E, Endo TA, Setoguchi R, Watarai H, Nishikawa T, Yasuda T, Yoshida H, and Hori S. Analyses of a Mutant Foxp3 Allele Reveal BATF as a Critical Transcription Factor in the Differentiation and Accumulation of Tissue Regulatory T Cells. Immunity 47: 268-83 e9, 2017
2. Miyao T, Floess S, Setoguchi R, Luche H, Fehling HJ, Waldmann H, Huehn J, and Hori S. Plasticity of Foxp3(+) T cells reflects promiscuous Foxp3 expression in conventional T cells but not reprogramming of regulatory T cells. Immunity 36: 262-75, 2012
3. Hori S, Nomura T, and Sakaguchi S. Control of regulatory T cell development by the transcription factor Foxp3. Science 299: 1057-61, 2003

ヒト白血球抗原HLAは自己認識に重要な分子であり、T細胞にシグナルを入力するものと広く理解されている。しかし、その古典的・教科書的理解のみで免疫バランスの恒常性を捉えることができるであろうか。私はこれまでのHLA依存的な薬物毒性研究から、HLAの多型間で細胞内での成熟過程や表面への輸送機構が異なり、毒性リスクと関連する可能性を見出している。特に、『小胞体で付加しゴルジ体を経由していない糖鎖修飾HLAの存在』を近年発見した（“未成熟糖鎖型HLA”と呼ぶ）。そして、それが免疫バランスの維持に重要であり、その破綻が自己免疫疾患や薬物毒性に繋がると現在考えている。本研究では、未成熟糖鎖型HLAの実態解明と免疫的意義の究明を行い、それを介したシグナルが過剰になることで自己免疫のバランスが破綻することを示したい。将来的に、そういった未成熟糖鎖型HLAの免疫センサーの同定も試みることで、自己指向性免疫の深い理解の実現を目指す。

1. Susukida T, Kuwahara S, Song B, Kazaoka A, Aoki S*, Ito K. The regulation of the immune tolerance system determines the susceptibility to HLA-mediated abacavir-induced dermal toxicity. Commun. Biol. 4: 1137, 2021
2. Ikebuchi Y, Aoki S, Honma M, Hayashi M, Sugamori Y, Khan M, Kariya Y, Kato G, Tabata Y, Penninger JM, Udagawa N, Aoki K, Suzuki H. Coupling of bone resorption and formation by RANKL reverse-signaling. Nature 561: 195-200, 2018
3. Susukida T, Aoki S, Kogo K, Fujimori S, Song B, Liu C, Sekine S, Ito K. Evaluation of immune-mediated idiosyncratic drug toxicity using chimeric HLA transgenic mice. Arch. Toxicol. 92: 1177-1188, 2018

免疫センサー分子に異常を持つ先天性自己免疫疾患患者を同定し、その発症機序を解明することは、動物モデルやin vitro解析、in silico解析から導き出された免疫センサーの自己・非自己認識機構が実際にヒトに存在し、その破綻がヒト自己免疫疾患発症の重要な原因であることを直接証明する唯一の方法である。私たちは若年重症SLE患者の遺伝学的解析から、Toll-like receptor 7 (TLR7)の新規機能獲得変異を同定した。TLR7の機能獲得変異によるX連鎖顕性SLEは最近報告された疾患概念であるが、既報の変異は核酸認識を担うleucine rich repeat (LRR)内に存在し、核酸感受性亢進を介してtype I IFN過剰産生が起こりSLEを発症させる。一方、本患者の変異部位は既報とは異なる箇所に位置しており、既知の変異とは発症機序が異なる可能性がある。本研究では、新規機序が自己・非自己認識の恒常性を破綻させヒト自己免疫疾患を引き起こす可能性を検証し、新たな疾患概念の確立に挑戦する。

1. Meguro K, Suzuki K, Hosokawa J, Sanayama Y, Tanaka S, Furuta S, Ikeda K, Takatori H, Suto A, Sakamoto A, Ohara O, Nakajima H. Role of Bcl-3 in the development of follicular helper T cells and in the pathogenesis of rheumatoid arthritis. Arthritis Rheumatol. 67: 2651-60, 2015
2. Meguro K, Nakagomi D, Suzuki K, Hosokawa J, Fukuta T, Yokota M, Maezawa Y, Suto A, Nakajima H. SOCS3 expressed in M2 macrophages attenuates contact hypersensitivity by suppressing MMP-12 production. J. Invest. Dermatol. 136: 649-657, 2016
3. Anastasakis DG, Meguro K †, Jacob A†, Konstantinidou P†, Claypool D, Cekan P, Haase AD, Hafner M. A non-radioactive, improved PAR-CLIP and small RNA cDNA library preparation protocol. Nucleic. Acids. Res. 49:e45, 2021 † These authors equally contributed to this work.

ウイルスが宿主細胞に感染した際に、宿主の細胞質受容体タンパク質（RIG-I、MDA5）がウイルスRNAを“非自己RNA”として特異的に認識し、機能的凝集体が形成され免疫応答を惹起する。さらに、機能的凝集体の機能発現には様々な翻訳後修飾やコファクタータンパク質が関与し、自然免疫応答は厳密、かつ階層的に制御されていることが明らかとなりつつある。この“厳密性”の破綻による自己RNA”の認識は自己免疫疾患を引き起こす。本研究では構造生物学的手法および生化学・細胞生物学的手法を駆使することにより、RIG-I/MDA5が自己/非自己RNAと機能的凝集体を形成し自然免疫応答を惹起するメカニズム、および、コファクタータンパク質や翻訳後修飾を介した制御メカニズムを解明する。さらにRIG-I、およびMDA5の機能獲得型変異体の機能発現を阻害する環状ペプチドを取得し、自己免疫疾患の治療薬の開発を試みる。

1. Kato K, Ahmad S, Zhu Z, Young J, Mu X, Park S, Malik S, Hur S. Structural analysis of RIG-I-like receptors reveals ancient rules of engagement between diverse RNA helicases and TRIM ubiquitin ligases. Mol. Cell 81: 599-613, 2021
2. Kato K, Nishimasu H, Oikawa D, Hirano S, Hirano H, Kasuya G, Ishitani R, Tokunaga F, Nureki O, Structural insights into cGAMP degradation by Ecto-nucleotide pyrophosphatase phosphodiesterase 1. Nat. Commun. 9: 4424, 2018
3. Kato K*, Omura H*, Ishitani R*, Nureki O. Cyclic GMP-AMP as an Endogenous Second Messenger in Innate Immune Signaling by Cytosolic DNA. Annu. Rev. Biochem, 20: 541-566, 2017

TLRは自然免疫を介した自己免疫応答の重要なセンサーであるが、研究が進んでいるのは地球上では動物種の0.5%％を占める哺乳類からのTLRにすぎない。TLRの進化的プロトタイプであるTollはショウジョウバエから見出され、我々を含むいくつかの研究により非感染性にTollが応答することが判明した。しかし、非感染時の活性化様式は哺乳類TLRとは異なり、制御システムは未解明である。加えて、TLRおよびTollは老化に伴って活性化するが、その免疫応答は個体差が大きく、個体差を生み出す根本原因も未だ不明である。本研究では、GWAS (Genome Wide Association Study)解析を含むショウジョウバエ遺伝学とプロテアーゼカスケードの生化学的な解析を行い、自己に対する自然免疫応答の新規制御機構および免疫応答の個体差を司る遺伝子座の同定を行う。

1. Ming M, Obata F, Kuranaga E, *Miura, M. Persephone/Spӓtzle pathogen sensors mediate the activation of Toll receptor signaling in response to endogenous danger signals in apoptosis-deficient Drosophila. J. Biol. Chem. 289: 7558-7568, 2014
2. Obata F, Kuranaga E, Tomioka K, Ming M, Takeishi A, Chen C-H, Soga T, *Miura M. Necrosis-driven systemic immune response alters SAM metabolism through the FOXO-GNMT axis. Cell Rep. 7: 821-833, 2014
3. Kosakamoto H, Yamauchi T, Akuzawa-Tokita Y, Nishimura K, Soga T, Murakami T, Mori H, Yamamoto K, Miyazaki R, Koto A, *Miura M, *Obata F. Local necrotic cells trigger systemic immune activation via gut microbiome dysbiosis in Drosophila. Cell Rep. 32: 107938, 2020

自己由来の炎症誘導因子(DAMPs)は、免疫細胞の細胞表面に発現するセンサーによって認識され、さまざまな生体応答を引き起こす。この時、必要な生体応答ばかりではなく、行き過ぎた生体応答が誘導されることもある。この様な自己反応の功罪は、DAMPsが関与するだけでなく、受容体の量や質によっても影響される。また、受容体の質は、糖鎖修飾などによって規定されている。本研究では、自己反応の功罪の決定に受容体の量や質が如何に重要であるかを明らかにする。具体的には、以下の解析を行う。①受容体の量や質の違いによって、細胞応答はどのように変わるのか？②受容体の量や質は、タンパク質分解機構GOMEDなどによって制御されているが、その実態は如何なるものであるか？③受容体の異常による疾患の病態にGOMEDは如何に関わっているのか？を明らかにする。

1. Nishida Y, Arakawa S, Fujitani K, Yamaguchi H, Mizuta T, Kanaseki T, Komatsu M, Otsu K, Tsujimoto Y, Shimizu S. Discovery of Atg5/Atg7-independent alternative macroautophagy. Nature 461: 654-8, 2009
2. Yamaguchi H, Arakawa S, Kanaseki T, Miyatsuka T, Fujitani Y, Watada H, Tsujimoto Y, Shimizu S. Golgi membrane-associated degradation pathway in yeast and mammals. EMBO J. 35: 1991-2007, 2016
3. Yamaguchi H, Honda S, Torii S, Shimizu K, Katoh K, Miyake K, Miyake N, Fujikake N, Sakurai HT, Arakawa S, Shimizu S. Wipi3 is essential for alternative autophagy and its loss causes neurodegeneration. Nat. Commun. 11: 5311, 2020

内在性RNAには多くの転写後修飾が付加されており、免疫センサーの応答性を調節することで炎症を調節している。N6-メチルアデノシン(m6A)は最も多いmRNA内部修飾の１つであり、mRNAの安定性や翻訳調節など様々な機能を発揮することが知られているが、炎症応答制御における役割については未だ不明な点が多い。本公募研究は、申請者が同定したRNA m6A修飾酵素METTL16とその修飾認識に関与するMTR4-核内RNAエクソソームを足掛かりとして、RNAのm6Aメチル化が過剰な炎症応答を抑制する機構を解明することを目的とする。本研究によりm6Aメチル化転写後修飾というmRNAの状態、およびこれを感知する自己指向性センサーとその炎症における功罪の理解を進め、炎症性疾患の病態解明やRNAワクチン開発への応用に繋げていくことを目指す。

1. Yoshinaga M*, Han K, Morgens DW, Horii T, Kobayashi R, Tsuruyama T, Hia F, Yasukura S, Kajiya A, Cai T, Cruz PHC, Vandenbon A, Suzuki Y, Kawahara Y, Hatada I, Bassik MC, Takeuchi O*. The N(6)-methyladenosine methyltransferase METTL16 enables erythropoiesis through safeguarding genome integrity. Nat. Commun. 13: 6435, 2022 (*correspondence)
2. Yoshinaga M, Takeuchi O. RNA binding proteins in the control of autoimmune diseases. Immunol. Med 42: 53-64, 2019
3. Yoshinaga M, Nakatsuka Y, Vandenbon A, Ori D, Uehata T, Tsujimura T, Suzuki Y, Mino T, Takeuchi O. Regnase-1 Maintains Iron Homeostasis via the Degradation of Transferrin Receptor 1 and Prolyl-Hydroxylase-Domain-Containing Protein 3 mRNAs. Cell Rep. 19: 1614-1630, 2017

進化の過程で共生微生物は自己として認識されてきたが、その免疫学的意義は不明な点が多い。近年申請者は、MR1拘束性T細胞（以下MR1T細胞）が共生微生物由来代謝産物の認識を介して、膵臓での自己免疫性の慢性炎症を引き起こす能力を有することや（Shibata K., Nat. Commun.,2022）、自己免疫性眼疾患では治癒と視機能回復に貢献する(Yamana S., Shibata K., Mucosal Immunol.,2022)ことを見出した。これらの先行研究から共生微生物は、代謝産物を産生することで「外」の病原体を感知するために進化してきた獲得免疫機構を利用し、生体恒常性の制御に重要な役割を担うことが明らかとなった。しかし、MR1T細胞が生体内でどのような共生微生物由来代謝産物を認識し、どのような細胞と相互作用し病態を制御しているかは不明である。そこで当該課題では、自己分子として共生微生物由来代謝産物に着目し、それによる機能制御機構を明らかにすることで、自己の認識の免疫学的意義の解明を目指す。

1. Shibata K, Motozono C, Nagae M, Shimizu T, Ishikawa E, Motooka D, Okuzaki D, Izumi Y, Takahashi M, Fujimori N, Wing JB, Hayano T, Asai Y, Bamba T, Ogawa Y, Furutani-Seiki M, Shirai M, Yamasaki S. Symbiotic bacteria-dependent expansion of MR1-reactive T cells causes autoimmunity in the absence of Bcl11b. Nat. Commun. 13: 6948, 2022
2. Shibata K, Shimizu T, Nakahara M, Ito E, Legoux F, Fujii S, Yamada Y, Furutani-Seiki M, Lantz O, Yamasaki S, Watarai M, Shirai M. The intracellular pathogen Francisella tularensis escapes from adaptive immunity by metabolic adaptation. Life Sci. Alliance 5: e202201441, 2022
3. Yamana S, Shibata K, Hasegawa E, Arima M, Shimokawa S, Yawata N, Takeda A, Yamasaki S, Sonoda KH. Mucosal-associated invariant T cells have therapeutic potential against ocular autoimmunity. Mucosal. Immunol. 15: 351-361, 2022

神経組織には定常状態では免疫細胞はほとんどいないが、病態時には様々な免疫細胞が脳内に浸潤する。脳梗塞のような組織損傷においても脳組織から自己由来の抗原が放出され、獲得免疫応答が誘導される。自己抗原を認識して抗原特異的に活性化・増殖した制御性T細胞（Treg）が神経細胞やグリア細胞などの脳細胞と相互作用して脳組織の修復に関与することが示唆されている。しかしながら、このようなTregによる保護性の有益な応答や恒常性維持をもたらす自己抗原の同定には至っていない。そこで、本研究では様々なアプローチにより脳組織のTregを誘導する抗原や抗原提示細胞の同定と、抗原特異的なTregを利用した炎症抑制や脳組織保護を目指す。
具体的には、脳梗塞、多発性硬化症モデルを用いて以下の3点に取り組む。①scRNAseq技術を活用した脳組織TregのTCRの同定。②脳Tregを誘導する脳内抗原と抗原提示細胞の同定。③抗原特異的Tregの誘導による脳保護効果の検討。様々な神経炎症関連疾患の病態解明および治療・予防法の開発につながることが期待される。

1. Yamamoto S, Matsui A, Ohyagi M, Kikutake C, Harada Y, Iizuka-Koga M, Suyama M, Yoshimura A, Ito M*. In vitro generation of brain regulatory T cells by co-culturing with astrocytes. Front. Immunol. 13: 960036, 2022
2. Ito M*, Komai K, Mise-Omata S, Iizuka-Koga M, Noguchi Y, Kondo T, Sakai R, Matsuo K, Nakayama T, Yoshie O, Nakatsukasa H, Chikuma S, Shichita T, Yoshimura A. Brain regulatory T cells suppress astrogliosis and potentiate neurological recovery. Nature 565: 246-250, 2019

腸内細菌と宿主の共生関係において、宿主は腸内細菌を『自己』の一部と認識し、個体毎に異なる腸内細菌叢を維持しています。共生関係を構築する上で、CD4+T細胞によるMHCクラスII—ペプチド抗原の認識が重要であり、『自己』である腸内細菌を排除しないように免疫応答を制御していると考えられています。しかし、内外の要因に伴ってこの調整機構が破綻すると、腸内細菌に対する炎症免疫応答が誘導されます。腸内細菌抗原と宿主抗原が類似している場合、この炎症は自己免疫応答のリスクを含み危険です。従って、宿主はCD4+T細胞によるペプチド抗原の認識以外にも、共生関係を担保する免疫学的な仕組みを発達させてきたと想定されます。本研究は、その候補としてγδT細胞による腸内細菌脂質抗原の認識に着目します。γδT細胞が腸内細菌を『自己』の一部と認識する上でどのように貢献しているのかを解明するとともに、その破綻にも焦点を当てて、腸内細菌との共生関係という視点からγδT細胞の包括的な理解を目指します。

1. Seo GY*, Takahashi D*, Wang Q, Mikulski Z, Chen A, Chou TF, Marcovecchio P, McArdle S, Sethi A, Shui JW, Takahashi M, Surh CD, Cheroutre H, Kronenberg M. (*equal contribution) Epithelial HVEM maintains intraepithelial T cell survival and contributes to host protection. Sci Immunol. 7: eabm6931, 2022
2. Takahashi D, Hoshina N, Kabumoto Y, Maeda Y, Suzuki A, Tanabe H, Isobe J, Yamada T, Muroi K, Yanagisawa Y, Nakamura A, Fujimura Y, Saeki A, Ueda M, Matsumoto R, Asaoka H, Clarke JM, Harada Y, Umemoto E, Komatsu N, Okada T, Takayanagi H, Takeda K, Tomura M, Hase K. Microbiota-derived butyrate limits the autoimmune response by promoting the differentiation of follicular regulatory T cells. EBioMedicine 58: 102913, 2020
3. Isobe J, Maeda S, Obata Y, Iizuka K, Nakamura Y, Fujimura Y, Kimizuka T, Hattori K, Kim YG, Morita T, Kimura I, Offermanns S, Adachi T, Nakao A, Kiyono H, Takahashi D*, Hase K*. (*equal correspondence) Commensal-bacteria-derived butyrate promotes the T-cell-independent IgA response in the colon. Int. Immunol. 32: 243-258, 2020

CAR-T細胞療法では、人工的な受容体である故、内在性TCRからは逸脱した強いシグナルが入ることでT細胞疲弊が起こりやすい。またユニバーサル使用への展開も期待され、内在性TCRを欠損する技術開発も進んでいる。一方、TCRによる自己ペプチド＋MHCの認識と微弱なシグナルは、T細胞のホメオスタシスに必須である。1細胞1分子イメージングを用いた予備実験で、CARが抗原と結合する際、CAR-T細胞上の内在性TCRも自己ペプチドを認識し、リン酸化チロシンを含むクラスターと成ることを見出した。このシグナロソームが、CAR-T細胞の細胞傷害活性亢進や記憶CAR-T細胞維持に貢献するか、CARの持続的リン酸化によるT細胞疲弊を誘導するか、1細胞1分子イメージングを行い、CAR-T細胞に発現する内在性TCRの「功」と「罪」を検証すると共に、CARを通して初めて可視化されたTCRの自己の認識とT細胞応答性の理解を目指す。

1. Takehara T, Wakamatsu E, Machiyama H, Nishi W, Emoto K, Azuma M, Soejima K, Fukunaga K, Yokosuka T. PD-L2 suppresses T cell signaling via coinhibitory microcluster formation and SHP2 phosphatase recruitment. Commun. Biol. 4: 581, 2021
2. Yokosuka T, Takamatsu M, Kobayashi-Imanishi W, Hashimoto-Tane A, Azuma M, Saito T. Programmed cell death 1 forms negative costimulatory microclusters that directly inhibit T cell receptor signaling by recruiting phosphatase SHP2. J. Exp. Med. 209: 1201-17, 2012
3. Yokosuka T, Sakata-Sogawa K, Kobayashi W, Hiroshima M, Hashimoto-Tane A, Tokunaga M, Dustin ML, Saito T. Newly generated T cell receptor microclusters initiate and sustain T cell activation by recruitment of Zap70 and SLP-76. Nat. Immunol. 6: 1253-62, 2005

ヒトに発現する糖鎖認識タンパク質として１５０種類以上が知られており、その多くが免疫細胞に発現する免疫センサーである。糖鎖認識活性を持つ免疫センサーはどのような自己由来成分と相互作用しうるのか？この問いに答えるべく、本研究では免疫細胞に発現する糖鎖認識タンパク質、及び代表的な免疫受容体の組換え体を調製、アレイ化することで、免疫センサーアレイを開発する。免疫センサーアレイを用いて各種損傷細胞由来成分との相互作用を解析、損傷細胞由来成分と相互作用する免疫センサー群を同定する。そして各免疫センサーと相互作用するダメージ関連分子を同定する。構築した免疫センサーアレイを用いて本領域内の研究者と連携することで、研究項目A01「自己認識機構の解明と機能的理解」で目指す様々な免疫センサーが認識する自己成分の戦略的同定に貢献することを目標とする。

1. Mawaribuchi S, Shimomura O, Oda T, Hiemori K, Shimizu K, Yamase K, Date M, Tateno H. rBC2LCN-reactive SERPINA3 is a glycobiomarker candidate for pancreatic　ductal adenocarcinoma. Glycobiology cwad009, 2023
2. Minoshima F, Ozaki H, Odaka H, Tateno H. Integrated analysis of glycan and RNA in single cells. iScience 24: 102882, 2021
3. Hirabayashi J, Yamada M, Kuno A, Tateno H. Lectin microarrays: concept, principle and applications. Chem. Soc. Rev. 42: 4443-58, 2013

CD4 T細胞は獲得免疫の中核を担うリンパ球であり、外来抗原特異的に活性化し感染防御に寄与する。これに対し申請者は、同細胞中に、自己抗原認識依存的に産生される「Memory-phenotype cell: MP細胞」を同定するとともに、その特徴的な自然免疫機能を報告した。そして、MP細胞が外来抗原特異的メモリー細胞とは質的に異なる独立した細胞群であることを証明し、その鑑別マーカーを同定した。さらに、MP細胞がMP1/2/17分画に細分される可能性を発見し、うち約半数を占めるMP1の詳細な分化機構や自然免疫機能を報告した。このことから、MP1/2/17にそれぞれ固有の分化機構や生体防御機能が存在する可能性が示唆される。一方、MP細胞の自己反応性から、同細胞が自己免疫・炎症性疾患の発症や腫瘍制御に寄与する可能性も考えられる。本研究は、MP細胞の生物学的特性や分化機構を解明するとともにその生理的・病理的機能を明らかにし、自己反応性の観点からT細胞恒常性維持機構の新たな理解を図るものである。

1. Kawabe T, Ciucci T, Kim KS, Tayama S, Kawajiri A, Suzuki T, Tanaka R, Ishii N, Jankovic D, Zhu J, Sprent J, Bosselut R, Sher A. Redefining the foreign antigen and self-driven memory CD4+ T cell compartments via transcriptomic, phenotypic, and functional analyses. Front. Immunol. 13: 870542, 2022
2. Kawabe T, Yi J, Kawajiri A, Hilligan K, Fang D, Ishii N, Yamane H, Zhu J, Jankovic D, Kim KS, Trinchieri G, Sher A. Requirements for the differentiation of innate T-bet(high) memory-phenotype CD4(+) T lymphocytes under steady state. Nat. Commun. 11: 3366, 2020
3. Kawabe T, Jankovic D, Kawabe S, Huang Y, Lee PH, Yamane H, Zhu J, Sher A, Germain RN, Paul WE. Memory-phenotype CD4+ T cells spontaneously generated under steady-state conditions exert innate TH1-like effector function. Sci. Immunol. 2: eaam9304, 2017

LAG-3はPD-1とCTLA-4と同様、がん免疫および自己免疫を負に制御する抑制性免疫補助受容体である。近年我々は、LAG-3がペプチドと主要組織適合遺伝子複合体クラスII分子の複合体（pMHCII）を構造依存的に認識することでT細胞の活性化を選択的に抑制する、という特徴的な分子機構を見出した。一方で、実際に生体内においてLAG-3－pMHCII相互作用がどのように免疫応答を制御しているのかについては未だ不明である。MHCIIは病原体や異物などの非自己由来ペプチドのみならず、自己に由来するペプチドも提示する。そこで本研究では、「免疫センサー」LAG-3が選択的に認識する自己ペプチド－MHCII複合体（self-pMHCII）に焦点を当て、LAG-3によるself-pMHCII認識が担う生理的意義「功」、およびその破綻に伴う疾患発症「罪」の実態解明を目指す。

1. Maruhashi T, Sugiura D, Okazaki IM, Shimizu K, Maeda TK, Ikubo J, Yoshikawa H, Maenaka K, Ishimaru N, Kosako H, Takemoto T, Okazaki T. Binding of LAG-3 to stable peptide-MHC class II limits T cell function and suppresses autoimmunity and anti-cancer immunity. Immunity 55: 912-924.e8, 2022
2. Maruhashi T, Sugiura D, Okazaki IM, Okazaki T.LAG-3: from molecular functions to clinical applications. J. Immunother Cancer 8: e001014, 2020
3. Maruhashi T, Okazaki IM, Sugiura D, Takahashi S, Maeda TK, Shimizu K, Okazaki T. LAG-3 inhibits the activation of CD4+ T cells that recognize stable pMHCII through its conformation-dependent recognition of pMHCII. Nat. Immunol. 19: 1415-26, 2018

獲得免疫系が「自己と非自己」を識別する能力は、胸腺におけるT細胞の分化と選択を通して形づくられる。胸腺の髄質上皮細胞は自己抗原を発現して提示し、ランダムに作られた抗原受容体をもつ未熟T細胞集団から自己反応性T細胞を排除する。しかし、このしくみは不完全であり、一部の自己反応性T細胞が末梢組織に流出し、自己免疫疾患の原因となる。我々の予備解析から、髄質上皮細胞は自己抗原の発現を適度に調節し、過剰な自己抗原との交叉反応によって外来抗原反応性のT細胞が排除されることを防ぐことが示唆された。本研究課題ではこの仮説を検証することを目的とし、胸腺髄質上皮細胞による自己抗原の発現機構とT細胞レパトアの形成機構を理解するための基礎研究を行う。免疫学の積年の課題である、自己免疫と生体防御のバランスを決定する根幹原理「自己・非自己認識の相克」の実体を、細胞レベルと分子レベルで解明することをめざす。

1. Nitta T, Ota A, Iguchi T, Muro R, Takayanagi H. The fibroblast: an emerging key player in thymic T cell selection. Immunol. Rev. 302: 68-85, 2021
2. Nitta T, Tsutsumi M, Nitta S, Muro R, Suzuki EC, Nakano K, Tomofuji Y, Sawa S, Okamura T, Penninger JM, Takayanagi H. Fibroblasts as a source of self-antigens for central immune tolerance. Nat. Immunol. 21: 1172-1180, 2020
3. Nitta T, Kochi Y, Muro R, Tomofuji, Y, Okamura T, Murata S, Suzuki H, Sumida T, Yamamoto K, Takayanagi H. Human thymoproteasome variations influence CD8 T cell selection. Sci. Immunol. 2: eaan5165, 2017

自然免疫受容体はウイルスや細菌などの外界から侵入する異物に加え、自己細胞や腫瘍細胞などの擬自己細胞に由来する分子群に対しても反応することが明らかとなりつつある。しかしながら自然免疫受容体がどのような自己由来分子を認識して免疫応答を誘導するのか、またその応答の生理的意義については未だ不明な点が多い。本研究では腫瘍細胞に対する自然免疫応答について、①近接ラベリングシステムを用いた解析、及び、②死細胞から放出される細胞障害関連分子による免疫応答の解析、の二つのアプローチにより解明を目指す。腫瘍の進展において「功、罪」両面の作用が報告されている自然免疫応答について、時空間解析を取り入れた免疫学的解析手法を用いてその分子機構の詳細の解明を目指す。

1. Hangai S, Kawamura T, Kimura Y, Chang CY, Hibino S, Yamamoto D, Nakai Y, Tateishi R, Oshima M, Oshima H, Kodama T, Moriya K, Koike K, Yanai H, Taniguchi T. Orchestration of myeloid-derived suppressor cells in the tumor microenvironment by ubiquitous cellular protein TCTP released by tumor cells. Nat. Immunol. 22: 947-57, 2021
2. Eto S, Yanai H, Hangai S, Kato D, Nishimura R, Nakagawa T. The impact of damage-associated molecules released from canine tumor cells on gene expression in macrophages. Sci. Rep. 11: 8525, 2021
3. Hangai S, Ao T, Kimura Y, Matsuki K, Kawamura T, Negishi H, Nishio J, Kodama T, Taniguchi T, Yanai H. PGE2 induced in and released by dying cells functions as an inhibitory DAMP. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 113: 3844-9, 2016

宿主自身の分子である自己リガンドが自然免疫系を活性化するメカニズムとその生理的意義はまだよくわかっていない。ショウジョウバエは自然免疫系が進化的に保存されたモデル生物である。研究代表者は、自己分子による自然免疫活性化機構を明らかにするため、バイアスのない大規模遺伝学的スクリーニングをハエで行い、多数の「遺伝性自己炎症変異」を同定している。そのうち本研究では、セラミド合成に関わる酵素に注目する。当該酵素の欠損体は神経変性の表現型を示すことがこれまでに報告されており、自然免疫経路が生まれつき強く活性化していること研究代表者は見出している。
そこで本研究では、セラミド合成不全が自然免疫を異常活性化させる機構を追求することで、自己リガンドとその免疫センサーを同定する。また、当該酵素の欠損体における自然免疫系異常活性化がどのように個体の生理機能異常を引き起こすのか、そのメカニズムを解明する。以上より、スフィンゴ脂質が自己指向性自然免疫に与える進化的に保存された影響を解明する。

1. Kenmoku H, Hori A, Kuraishi T, Kurata S. A novel mode of induction of the humoral innate immune response in Drosophila larvae. Dis. Model. Mech. 10: 271-281, 2017
2. Kanoh H, Tong LL, Kuraishi T, Suda Y, Momiuchi Y, Shishido F, Kurata S. Genome-wide RNAi screening implicates the E3 ubiquitin ligase Sherpa in mediating innate immune signaling by Toll in Drosophila adults. Sci. Signal. 8: ra107, 2015
3. Kuraishi T, Binggeli O, Opota O, Buchon N, Lemaitre B. Genetic evidence for a protective role of the peritrophic matrix against intestinal bacterial infection in Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 108: 15966-71, 2011

LILRファミリーは、霊長類に特有な免疫レセプター群であり、抑制化LILRBと活性化LILRAから構成される。抑制化LILRBは自己認識により免疫制御を担うが、活性化LILRAの機能はその多くが未解明のままである。
研究代表者は、活性化レセプターLILRA2が細菌の侵入を感知する免疫センサーを担っていることを見出した。一方で最近、LILRA2が自己由来成分をも新規リガンドとして認識することを発見した。同定した自己由来成分は血管恒常性に重要な役割を担う分子であるため、LILRA2は血管恒常性に関わる可能性が考えられる。一方でLILRA2の遺伝子多型は、顕微鏡的多発血管炎と関連することが報告されていることから、疾患発症につながる可能性も考えられる。そこで本研究では、LILRA2が自己由来分子をリガンドとして認識することによる有益な生体応答とその破綻に伴う疾患発症メカニズムの解明を目的とする。

1. Hirayasu K, Sun J, Hasegawa G, Hashikawa Y, Hosomichi K, Tajima A, TokunagaK, Ohashi J, Hanayama R. Characterization of LILRB3 and LILRA6 allelic variants in the Japanese population. J. Hum. Genet. 66: 739-748, 2021
2. #Saito F, #Hirayasu K, Satoh T, Wang CW, Lusingu J, Arimori T, Shida K, Palacpac NMQ, Itagaki S, Iwanaga S, Takashima E, Tsuboi T, Kohyama M, Suenaga T, Colonna M, Takagi J, Lavstsen T, Horii T, Arase H. Immune evasion of Plasmodium falciparum by RIFIN via inhibitory receptors. Nature 552: 101-105, 2017 #Co-first Authors
3. Hirayasu K, Saito F, Suenaga T, Shida K, Arase N, Oikawa K, Yamaoka T, Murota H, Chibana H, Nakagawa I, Kubori T, Nagai H, Nakamaru Y, Katayama I, Colonna M, Arase H. Microbially cleaved immunoglobulins are sensed by the innate immune receptor LILRA2. Nat. Microbiol. 1: 16054, 2016

近年、死細胞自身が情報の発信源となって多彩な生体応答を誘導することが明らかになり、非感染性炎症の慢性化における細胞死の意義が注目を集めている。 ネクロプトーシスやフェロトーシスなどの様々な新たな細胞死様式が報告され、細胞死の分子機構は明らかになりつつある一方で、死細胞がどのように処理されるかは不明な点が多い。特に、マクロファージが死細胞を認識し、貪食した後の消化スピードや死細胞の運命についてはほとんど分かっていない。本研究では、自然免疫センサーによる死細胞認識と速やかな死細胞クリアランスを「功」、その破綻により誘発される炎症慢性化を「罪」とし、死細胞クリアランス不全がもたらす炎症慢性化機構の解明を通して、死細胞貪食の重要性を明らかにする。本研究により、死細胞貪食という極めて基礎的なマクロファージ機能の全貌が明らかになるのみならず、その機能破綻による炎症慢性化の分子機構が明らかになると期待できる。

1. Tanaka M, Saka-Tanaka M, Ochi K, Fujieda K, Sugiura Y, Miyamoto T, Kohda H, Ito A, Miyazawa T, Matsumoto A, Aoe S, Miyamoto Y, Tsuboi N, Maruyama S, Suematsu M, Yamasaki S, Ogawa Y#, Suganami T#. C-type lectin Mincle mediates cell death-triggered inflammation in acute kidney injury. J. Exp. Med. 217: e20192230, 2020
2. Matsumoto A*#, Tanaka M*, Matsumoto H, Ochi K, Moro-Oka Y, Kuwata H, Yamada H, Shirakawa I, Miyazawa T, Ishii H, Kataoka K, Ogawa Y, Miyahara Y, Suganami T#. Synthetic "smart gel" provides glucose-responsive insulin delivery in diabetic mice. Sci. Adv. 3: eaaq0723, 2017 *Co-1st authors
3. Tanaka M, Ikeda K, Suganami T#, Komiya C, Ochi K, Shirakawa I, Hamaguchi M, Nishimura S, Manabe I, Matsuda T, Kimura K, Inoue H, Inagaki Y, Aoe S, Yamasaki S, Ogawa Y#. Macrophage-inducible C-type lectin underlies obesity-induced adipose tissue fibrosis. Nat. Commun. 5: 4982, 2014

生物は生体外から侵入した病原体を自身とは異なる“非自己”として認識・排除し恒常性を維持している。しかし、本来“自己”細胞であった腫瘍細胞に対して、生体の免疫センサーがどのように健常細胞との違いを識別し異物として感知・認識しているのか、腫瘍認識の仕組みについては不明な点が多い。これまでのショウジョウバエモデルを用いた解析からマクロファージががん原性細胞を速やかに感知・認識し排除しており、この認識機構の破綻ががんの発生を誘発している可能性が見えてきた。そこで本研究ではショウジョウバエをモデルとして、マクロファージによる自己認識を起点としたがん制御システムとその破綻の仕組みを遺伝学的解析により明らかにしていく。

1. Enomoto M, Igaki T. Cell-cell interactions that drive tumorigenesis in Drosophila. Fly 16: 367-381, 2022
2. Enomoto M, Takemoto D, Igaki T. Interaction between Ras and Src clones causes interdependent tumor malignancy via Notch signaling in Drosophila. Dev. Cell 56: 2223-2236.e5, 2021
3. Enomoto M, Igaki T. Src controls tumorigenesis via JNK-dependent regulation of the Hippo pathway in Drosophila. EMBO Rep. 14: 65-72, 2013

われわれは、自分の血液から作製した様々なデザイナー免疫細胞を用いて抗がん免疫能の補充を行うことを目指して研究を続けている。デザイナー免疫細胞とは、自己の免疫細胞に遺伝子導入等によりデザインを施すことにより、がん細胞・前がん細胞等を感知して、細胞傷害能を発揮する、あるいはがん免疫反応を促進する様々な免疫制御分子を発現する機能を賦与された細胞である。本研究では、特にNK細胞に焦点を絞り、それが有する自己認識センサーの一つである抑制性Siglec受容体のシグナルを活性化シグナルに変換することより、より（前）がん細胞認識能を高めた、免疫監視能増強CAR-NK細胞を開発し、自己の血液中のNK細胞を用いて抗がん免疫能を補充することを可能にすることを目指す。

1. Hasegawa K, Ikeda S, Yaga M, Watanabe K, Urakawa R, Iehara A, Iwai M, Hashiguchi S, Morimoto S, Fujiki F, Nakajima H, Nakata J, Nishida S, Tsuboi A, Oka Y, Yoshihara S, Manabe M, Ichihara H, Mugitani A, Aoyama Y, Nakao T, Hirose A, Hino M, Ueda S, Takenaka K, Masuko T, Akashi K, Maruno T, Uchiyama S, Takamatsu S, Wada N, Morii E, Nagamori S, Motooka D, Kanai Y, Oji Y, Nakagawa T, Kijima N, Kishima H, Ikeda A, Ogino T, Shintani Y, Kubo T, Mihara E, Yusa K, Sugiyama H, Takagi J, Miyoshi E, Kumanogoh A, Hosen N. Selective targeting of multiple myeloma cells with a monoclonal antibody recognizing the ubiquitous protein CD98 heavy chain. Sci. Transl. Med. 14: eaax7706, 2022
2. Hosen N, Matsunaga Y, Hasegawa K, Matsuno H, Nakamura Y, Makita M, Watanabe K, Yoshida M, Satoh K, Morimoto S, Fujiki F, Nakajima H, Nakata J, Nishida S, Tsuboi A, Oka Y, Manabe M, Ichihara H, Aoyama Y, Mugitani A, Nakao T, Hino M, Uchibori R, Ozawa K, Baba Y, Terakura S, Wada N, Morii E, Nishimura J, Takeda K, Oji Y, Sugiyama H, Takagi J, Kumanogoh A. The activated conformation of integrin β7 is a novel multiple myeloma-specific target for CAR T cell therapy. Nat. Med. 23: 1436-1443, 2017
3. Hosen N, Park CY, Tatsumi N, Oji Y, Sugiyama H, Gramatzki M, Krensky AM, Weissman IL. CD96 is a leukemic stem cell-specific marker in human acute myeloid leukemia. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 104: 11008-13, 2007

T細胞は発現する多様なT細胞受容体(T cell receptor; TCR)レパートリーによって様々な病原菌を排除する。近年、TCRによる自己リガンド認識は、その恒常性や生体防御応答 をも調整していることが明らかとなりつつある。我々はこの自己親和性の強度によって発現量が変動するCD5とCD6がTCRシグナルを制御する分子メカニズムを明らかにしてきた。これらの知見を基に、本研究ではTCRによる自己認識が生体防御応答に与える役割を分子レベルで理解することを目標として行う。とりわけこれまで困難であった多様なTCRレパトアが存在する野生型マウスでの解析を行うため、single cell RNA sequenceを用いた抗原特異的TCRの同定とCRISPR-Cas9を用いた遺伝子組換え法を駆使し、個々のT細胞が持つ自己指向性を測定しその後の活性化応答を解析する。これらのアプローチを効果的に用いることで、感染時に増殖する抗原特異的T細胞が持つ自己指向性と生体防御応答の関連性と、その功罪を担う分子基盤を明らかにすることを目的とする。

1. Mori D, Grégoire C, Voisinne G, Celis-Gutierrez J, Aussel R, Girard L, Camus M, Marcellin M, Argenty J, Burlet-Schiltz O, Fiore F, Gonzalez de Peredo A, Malissen M, Roncagalli R, Malissen B. (*equally contributed) The T cell CD6 receptor operates a multitask signalosome with opposite functions in T cell activation. J. Exp. Med. 218: e20201011, 2021
2. Mori D, Shibata K, Yamasaki S., C-type Lectin Receptor Dectin-2 Binds to an Endogenous Protein β-Glucuronidase on Dendritic Cells. PLoS One 12: e0169562, 2017
3. Miyake Y, Toyonaga K, Mori D, Kakuta S, Hoshino Y, Oyamada A, Yamada H, Ono K, Suyama M, Iwakura Y, Yoshikai Y, Yamasaki S. (*equally contributed) C-Type Lectin MCL Is an FcRγ-Coupled Receptor that Mediates the Adjuvanticity of Mycobacterial Cord Factor. Immunity 38: 1050-62, 2013

Ｔ細胞免疫は、ウイルス感染細胞やがん細胞を直接破壊する強力な生体防御システムです。すべてのT細胞は、抗原レセプターを介して常に自己組織と反応し、ここから弱いシグナルを受け取って生存しています。一方で、T細胞によって認識された自己細胞の側に起こるメリットは明らかになっていません。私たちは、自己免疫疾患に感受性であるマウスが高脂肪食を与えても良い代謝プロファイルを示し、脂肪肝に抵抗性であることを見出しました。このことは、Ｔ細胞による自己認識の上昇がエネルギー代謝を刺激し、代謝性疾患を抑制する事を示唆します。本研究では肝臓に豊富に常在するT細胞が、肝実質細胞と反応することの意義を明らかにしようと試みます。単細胞トランスクリプトーム解析、およびメタボロミクスを駆使し、T細胞の自己認識によってもたらされる、これまで知られていなかった「功」を明らかにすることを目標とします。

1. Chikuma S*, Yamanaka S, Nakagawa S, Ueda MT, Hayabuchi H, Tokifuji Y, Kanayama M, Okamura T, Arase H, Yoshimura A TRIM28 expression on dendritic cells prevents excessive T cell priming by silencing endogenous retrovirus. J. Immunol. 206: 1528-1539, 2021 *Corresponding Author
2. Chikuma S*. Basics of PD-1 in self-tolerance, infection, and cancer immunity. Int. J. Clin. Oncol. 21: 448-455, 2016 *Corresponding Author
3. Chikuma S, Suita N, Okazaki IM, Shibayama S, Honjo T.　TRIM28 prevents autoinflammatory T cell development in vivo. Nat. Immunol. 13：596-603, 2012

IgE自然抗体（nIgE）はアレルギー疾患発病の感受性を高めるとされているが、その産生誘導機構は不明である。応募者は、乳児期からnIgEを産生するMyD88欠損マウスにおいて、肺の特定の共生細菌に対する免疫応答（自然感作）により形成されるTh2細胞と記憶B細胞が長期のnIgE産生を担うことを明らかにした。このnIgE過剰産生は非血球系細胞におけるMyD88欠損が原因であった。無菌マウスでもnIgEが過剰産生されることから、正常マウスでは、非血球系細胞がある種の共生細菌をMyD88を介して認識し、その結果、別の共生細菌によるTh2型自然感作を抑制していると考えた。本研究では、世代を超えて共存する、いわば自己の一部と言える共生細菌がMyD88を介して認識され、それによりTh2型自然感作が抑制されるメカニズムを解明することを目的とする。それにより、同じMyD88を介する自然免疫受容体が外来病原微生物やダメージ関連分子を感知して免疫応答・炎症を誘導するシステムとの違いを明らかにしたい。

1. Amano S, Haniuda K, Fukao S, Aoki H, Ueha S, Kitamura D. Commensal bacteria and the lung environment are responsible for Th2-mediated memory yielding natural IgE in MyD88-deficient mice. J. Immunol. 210: 959-972, 2023
2. Nihei Y, Haniuda K, Higashiyama M, Asami S, Iwasaki H, Fukao Y, Nakayama M, Suzuki H, Kikkawa M, Kazuno S, Miura Y, Suzuki Y, Kitamura D. Identification of IgA autoantibodies targeting mesangial cells redefines the pathogenesis of IgA nephropathy. Sci. Adv. 9: eadd6734, 2023
3. Haniuda K, Fukao S, Kodama T, Hasegawa H. Kitamura D. Autonomous membrane IgE signaling prevents IgE-memory formation. Nat. Immunol. 17: 1109-1117, 2016

肥満というと糖尿病や動脈硬化が注目されるが、自己免疫疾患・アレルギーといった免疫疾患とも関連が深い。これまでの申請者らの研究により、その要因として、皮膚・肺においてTh17型の免疫応答へとシフト（Th17バイアス）していること、また、Th17バイアスには脂質代謝が深く関わることを示してきた。しかし、T細胞がいかなるメカニズムで自己の脂質変化を感知しているのか？T細胞自体の脂質変化を生み出す要因となる肥満環境因子は一体何なのか？依然として不明な点が多い。
本研究ではTh17細胞のマスター転写因子であるRORtが脂質変化を感知するセンサーとして働いていると着想し、我々が同定した機能性脂質との会合について評価する。また、肥満特有のTh17クローンの性質と脂質合成亢進について1細胞レベルで明らかにし、Th17バイアスのトリガーとなる肥満環境因子を同定する。これら内因性と外因性の両面からTh17バイアスに取り組むことで、T細胞が認識する肥満特有の自己指向性免疫の解明を目指す。

1. Nakajima T, Kanno T, Yokoyama S, Sasamoto S, Asou HK., Damon J T, Ohara O, Nakayama T, Endo Y.*　ACC1-expressing pathogenic T helper 2 cell populations facilitate lung and skin inflammation.J. Exp. Med. 218: e20210639, 2021
2. Endo Y, Onodera A, Ninomiya-Obata K, Nasu R, Asou HK, Ito T, Yamamoto T, Kanno T, Nakajima T, Ishiwata K, Kanuka H, Tumes DJ, and Nakayama T. ACC1 determines memory potential of individual CD4+ T cells by regulating de novo fatty acid biosynthesis. Nat. Metabolism. 1: 261-275, 2019
3. Endo Y, Asou HK, Matsugae N, Hirahara K, Shinoda K, Tumes DJ, Tokuyama T, Yokote K, and Nakayama T. Obesity drives Th17 cell differentiation by inducing the lipid metabolic kinase, ACC1. Cell Rep. 12: 1042-1055, 2015

表皮は体内の水分喪失や外界からの抗原、病原菌等の侵入を防ぐバリア機能を備えており、バリア機能の低下は乾皮症、魚鱗癬、アトピー性皮膚炎などの要因となる。これらの皮膚疾患の多くは痒みや炎症を伴うが、その分子機序や意義は十分には分かっていない。透過性バリア機能に不可欠なアシルセラミドは、セラミドのω末端に必須脂肪酸のリノール酸が結合した化学構造を持つが、我々はこの特殊な脂質の生合成に関わる一連の複雑な代謝経路の酵素群を欠損する魚鱗癬モデルマウス系統を比較する過程で、特定の中間代謝物を免疫系が感知する「チェックポイント」が存在する可能性を見出した。本研究では、このチェックポイントに関与する脂質分子とその受容体を網羅的に同定することで仮説を実証し、遺伝子改変マウスや3次元培養ヒト皮膚モデルなどを利用してこの免疫自己認識システムがもたらす「功」と「罪」の解明を目指す。

1. Hirabayashi T, Kawaguchi M, Harada S, Mouri M, Takamiya R, Miki Y, Sato H, Taketomi Y, Yokoyama K, Kobayashi T, Tokuoka SM, Kita Y, Yoda E, Hara S, Mikami K, Nishito Y, Kikuchi N, Nakata R, Kaneko M, Kiyonari H, Kasahara K, Aiba T, Ikeda K, Soga T, Kurano M, Yatomi Y, Murakami M. Hepatic phosphatidylcholine catabolism driven by PNPLA7 and PNPLA8 supplies endogenous choline to replenish the methionine cycle with methyl groups. Cell Rep. 42: 111940, 2023
2. Takeichi T, Hirabayashi T, Miyasaka Y, Kawamoto A, Okuno Y, Taguchi S, Tanahashi K, Murase C, Takama H, Tanaka K, Boeglin WE, Calcutt MW, Watanabe D, Kono M, Muro Y, Ishikawa J, Ohno T, Brash AR, Akiyama M. SDR9C7 catalyzes critical dehydrogenation of acylceramides for skin barrier formation. J. Clin. Invest. 130: 890-903, 2020
3. Hirabayashi T, Anjo T, Kaneko A, Senoo Y, Shibata A, Takama H, Yokoyama K, Nishito Y, Ono T, Taya C, Muramatsu K, Fukami K, Muñoz-Garcia A, Brash AR, Ikeda K, Arita M, Akiyama M, Murakami M. PNPLA1 has a crucial role in skin barrier function by directing acylceramide biosynthesis. Nat. Commun 8: 14609, 2017