理化学研究所、免疫応答開始に必要な免疫シナプスを形成するメカニズムを発見

免疫応答開始に必要な免疫シナプスを形成するメカニズムを発見
−微小管を伝う分子モーターのダイニンが免疫センサーを運び、細胞活性化を調節−


◇ポイント◇
　・ダイニンがＴ細胞受容体のミクロクラスターを運び、免疫シナプスを形成
　・ダイニンによるＴ細胞受容体の運搬によって、Ｔ細胞の活性化を負に制御
　・ダイニンは細胞表面に沿って分子複合体を免疫シナプス中心へけん引


　独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）は、Ｔ細胞の免疫応答を開始するために必要な免疫シナプス（※１）が、微小管（※２）を足場とする分子モーター（※３）「ダイニン」によるＴ細胞受容体の運搬で形成されることを明らかにしました。これは、理研免疫・アレルギー科学総合研究センター（谷口克センター長）免疫シグナル研究グループの斉藤隆グループディレクター（副センター長）、多根（橋本）彰子研究員らの成果です。

　免疫系は、ウイルスや花粉などの異物（抗原）の体内侵入を認識して、生体を守る役割を担っています。抗原はまず、抗原提示細胞（※４）により取り込まれて処理された後、Ｔ細胞へとその情報が伝えられます。Ｔ細胞は、抗原を感知すると活性化して、増殖したり、抗原を攻撃したり、サイトカインなど他の細胞にシグナル伝達分子を放出したりします。この情報の受け渡しの際、抗原提示細胞とＴ細胞は接着し、その接着面には、お互いの細胞表面にある受容体や細胞内のシグナル伝達分子が同心円状に配置された「免疫シナプス」を形成します。２００５年に研究グループは、Ｔ細胞受容体と下流のシグナル伝達分子からなる小さな集合体「ミクロクラスター」を発見し、このミクロクラスターが抗原を認識してシグナルを伝える“ユニット”であり、接着面全体に作られた後、その中心に集まって免疫シナプスを形成することを明らかにしています。

　今回、研究グループは、このミクロクラスターが、微小管を足場とする分子モーターの機能を持つダイニンによって微小管を伝って運搬され、免疫シナプスの形成につながることを発見しました。また、この移動によって免疫シナプスの中心に集まったＴ細胞受容体が分解されると、Ｔ細胞の活性化が収束することも見いだしました。これまでダイニンは、細胞分裂や神経細胞の発達、機能あるいは菌の鞭（べん）毛運動に必要な動力を生み出す分子モーターとして知られてきましたが、免疫応答の基本的なメカニズムである抗原認識と活性化に関わるという新たな知見となります。また、ダイニンの働きの観点からは、従来からよく知られている細胞内の分子や液胞を運搬するのではなく、「細胞膜にある分子複合体をそのまま免疫シナプスの中心に向かって細胞表面に沿ってけん引する」という初めての報告になります。

　この研究成果は、『Ｉｍｍｕｎｉｔｙ』（６月２３日付け：日本時間６月２４日）にオンライン掲載されます。


１、背　景

　免疫系は、体内に入り込んだウイルスや花粉などを抗原であると認識し、排除する重要な役割を担っています。抗原提示細胞は、異物の侵入を検知すると、それを取り込んで処理し、一部を細胞表面に抗原として提示します。Ｔ細胞は、その提示された抗原を認識することによって活性化され、種々のサイトカインを放出したり、既に感染した細胞を殺したり、Ｂ細胞に抗体を産生させたりという、獲得免疫応答を開始させます。獲得免疫は、一度経験した抗原を覚えておき、２回目以降の免疫応答を速やかにする「免疫記憶」につながる高度で重要な免疫系のメカニズムです。

　Ｔ細胞は、Ｔ細胞受容体を介して抗原を認識しますが、この情報の受け渡しの際、抗原提示細胞と強固に接着します。接着面には、お互いの細胞表面にある受容体や細胞内のシグナル伝達分子が同心円状に規則正しく配列し、この構造は「免疫シナプス」（図１）と呼ばれています。

　２００５年に研究グループは、高感度分子イメージングの技術を用いて、免疫シナプスが形成される前に、Ｔ細胞受容体と下流のシグナル伝達分子による小さな集合体が形成され、これがＴ細胞活性化の開始点であることを発見しました。この集合体は、Ｔ細胞受容体１００個ほどからなり、接着面にそれらが１００個程度形成されます。研究グループはこれを「ミクロクラスター」と命名し、Ｔ細胞活性化の“ユニット”であることを提唱しました（『Ｎａｔｕｒｅ　Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ』２００５年１２月号、２００５年１１月７日プレス）。

　ミクロクラスターは接着面の中心へ移動し、典型的な免疫シナプスを形成します。免疫シナプスの中心では、このミクロクラスターを構成するＴ細胞受容体が細胞内に取り込まれて分解されることによって、Ｔ細胞の活性化を負に制御していると考えられ、免疫シナプス中心の形成は免疫応答の活性化の調節にも重要と考えられます。しかし、すべてのミクロクラスターが中心に向かって速やかに移動するメカニズムについては明らかになっていませんでした。


２．研究手法

　研究グループは、微小管を足場とする分子モーターであるダイニンとミクロクラスターの関係に着目するとともに、両者がＴ細胞活性化のメカニズムに及ぼす影響を、生細胞内分子イメーイング、生化学、分子生物学の手法を駆使して調べました。具体的には、抗原提示細胞に見立てた人工の細胞膜（人工脂質二重膜）を作製し、その上に抗原提示細胞上と同じになるように、抗原を結合したＭＨＣ（組織適合抗原）（※５）および接着分子を脂質二重膜上で自由に動けるような形で載せ、その上からＴ細胞を反応させました。また、Ｔ細胞受容体やダイニン、微小管には、あらかじめ蛍光タンパク質を融合し、多色全反射照明蛍光顕微鏡（※６）を用いて、接着面の抗原認識やＴ細胞活性化の現象に注目しながら観察しました。


３．研究成果

　Ｔ細胞が抗原を認識し活性化すると、ダイニンがＴ細胞受容体ミクロクラスターに集まることを観察しました。さらに、このダイニンのクラスターがＴ細胞受容体のミクロクラスターと一緒に免疫シナプス中心まで動くことを見いだしました（図２）。一方、生化学的な解析からも、活性化に伴ってＴ細胞受容体とダイニンが会合することが分かりました。

　次に、ダイニンがレールのような微小管に沿って移動するモータータンパク質であることに着目し、Ｔ細胞受容体のミクロクラスターが微小管を伝って動く可能性を調べました。微小管は、細胞内にある中心体（※７）から柱のように複数延びており、Ｔ細胞が活性化すると中心体がＴ細胞の接着面に移動し、免疫シナプスを中心とした放射状に変化します。Ｔ細胞受容体と微小管の同時のビデオ観察から、Ｔ細胞受容体のミクロクラスターがＴ細胞の接着面付近の細胞膜に移動した微小管を伝って、細胞表面上を動くことが分かりました（図３）。ダイニンの阻害剤や微小管を壊す薬剤を使った、あるいはダイニンを減らした実験では、このミクロクラスターが移動せず、接着面中心に集まらなくなることが分かりました。これらの結果から、抗原認識や活性化にともなって形成されたＴ細胞受容体のミクロクラスターは、ダイニンと会合し、レールのような微小管を伝うダイニンによって運搬され、免疫シナプスの中心を形成することが分かりました（図４）。

　また、ダイニンによるＴ細胞受容体の運搬を阻害すると、Ｔ細胞の活性化が亢進されることから、この運搬による免疫シナプス中心の形成が、Ｔ細胞活性化を負に調節していることが分かりました。つまり、Ｔ細胞の活性化の強弱が、ダイニンによるＴ細胞受容体との会合および運搬に制御されるという、活性化調節の新しいメカニズムを発見したことになります。


４．今後の期待

　今回、Ｔ細胞受容体の動きを制御することで、Ｔ細胞の働きを調節できることが分かりました。また本研究成果を応用すると、免疫シナプスの形成メカニズムが未知であったため、これまで検討されていなかった微小管や分子モーターを標的にした新しい免疫調節薬あるいは免疫療法の開発につながることが期待されます。しかし、ダイニンや微小管は体中全ての細胞がさまざまな目的で使用している必要不可欠な輸送系であり、単純な形で薬の標的に応用することはできません。例えば、微小管を壊す薬であるタキソール（パクリタキセル）は細胞分裂を阻害することからがんの治療薬として認可されていますが、副作用がとても多いことも知られています。そのため、リンパ球に特異的・効果的に働きかける手法の開発が期待されていますが、今後、Ｔ細胞抗原受容体とダイニンの間を結ぶメカニズムのさらなる解明により、そこに含まれるリンパ球特異的な分子や構造が明らかとなり、新しい免疫調節薬のターゲットを開発することができると期待されます。


＊補足説明、参考図は添付の関連資料を参照