胸腺微小環境の分子理解に基づく獲得免疫システムの

課題番号
研究課題名
主任研究者名
分担研究者名
：胸腺微小環境の分子理解に基づく獲得免疫システムの制御
：新田剛
：鈴木春巳
：２４指１１２
キーワード
研究成果
：免疫、T 細胞、胸腺、胸腺上皮細胞、マウス
：
T 細胞は獲得免疫システムの司令塔であり、外来病原体や腫瘍組織を特異的に攻撃することで、生
体防御と生体維持において重要な役割を担う。T 細胞は主として胸腺にて分化し、その分化プロセス
は胸腺微小環境を形づくる胸腺上皮細胞によって制御されている。本研究では、胸腺上皮細胞の分化
を制御する分子機構の解明と、胸腺上皮細胞による獲得免疫システム制御の分子基盤を理解すること
を目的とし、独自に樹立した T 細胞分化異常を示す自然変異マウス TN (T-lymphopenia of naïve
population)を対象として、その表現型と原因遺伝子の解析を行った。
胸腺組織切片の解析から、TN マウスの胸腺には、胸腺皮質上皮細胞マーカーである CD205、Ly51、
keratin 8 などの発現がほとんど検出されないことがわかった。このことは、フローサイトメーターによ
る定量的解析によっても裏付けられた。一方、胸腺髄質上皮細胞マーカーである UEA1 や keratin5、
keratin 14 については陽性細胞が検出された。胎仔期および新生仔期の胸腺を調べたところ、野生型マ
ウスでは胎齢 16 日目から皮質上皮細胞の分化がみられるのに対し、TN マウスでは全くみられなかっ
た。従って、TN マウスでは胸腺皮質上皮細胞の分化が著しく障害されていることが明らかとなった。
TN マウスの胸腺では、CD4+CD8+胸腺細胞の分化はみられるものの、CD4+CD8-および CD4-CD8+
胸腺細胞の頻度が有意に低下していた。OT-I および OT-II TCR トランスジェニックマウスとの交配に
より、TN マウスでは CD4+CD8+胸腺細胞の正の選択が著しく低下することがわかった。また、末梢 T
細胞の TCR Vα鎖および Vβ鎖の頻度が顕著に変化していることから、T 細胞のレパトア選択が影響を
受けていることがわかった。制御性 T 細胞や腸管上皮間リンパ球（IEL）の胸腺内分化はほとんど影響
を受けていなかった。一方、invariant natural killer T（iNKT）細胞の分化は TN マウスにおいて著しく
低下していた。さらに TN マウス胸腺では、成体期に分化する Vγ1+および Vγ4+ γδT 細胞が減少してい
た。以上の結果より、TN マウス胸腺では皮質上皮細胞の分化障害によって、T 細胞、iNKT 細胞、γδT
細胞の分化が変容していることが明らかになった。
TN マウスの原因遺伝子を同定するため、連鎖解析によって特定された候補領域中の全塩基配列を、
次世代シークエンサーを用いて解析した。その結果、Psmb11 遺伝子のコーディング領域にアミノ酸置
換をもたらす一塩基置換を発見した。Psmb11 は皮質上皮細胞に特異的に発現されるプロテアソームの
触媒サブユニットをコードしている。Psmb11 欠損マウスの表現型との比較から、TN 変異型 Psmb11 は
ドミナントネガティブ体として皮質上皮細胞を障害する可能性が示唆された。そこで Psmb11 を培養細
胞に発現させたところ、野生型 Psmb11 はプロテアソームに組み込まれるのに対し、TN 変異型 Psmb11
はプロテアソーム形成を阻害し、顕著な細胞死を誘導することが明らかになった。同様の現象は TN マ
ウスの皮質上皮細胞においてもみられたことから、Psmb11 の変異が皮質上皮細胞の細胞死を引き起こ
すことが強く示唆された。さらに、PSMB11 の変異がヒトの疾患と関連する可能性を検討した。現在の
ところ、ヒト PSMB11 遺伝子には 40 以上の SNP がデータベースに公開されている。培養細胞を用い
た実験から、ヒト PSMB11SNP のうち、G49S 変異体が TN 変異型とよく似たプロテアソーム形成異常
を示すことがわかった。このヒト PSMB11 変異が胸腺皮質上皮細胞および T 細胞の分化に影響するか
どうか調べるため、変異マウスの作製を進めている。
Subject No.
：２４指１１２
Title
：Molecular studies of thymic microenvironments that control T cell development
Researchers ：Takeshi Nitta, Harumi Suzuki
Key word
：Immunity, Thymus, T cells, thymic epithelial cell
Abstract
：
The thymus is a primary lymphoid organ specialized to support development of T-lymphocytes
(T cells). The thymic microenvironment, which mainly consists of cortical thymic epithelial cells
(cTECs) and medullary thymic epithelial cells (mTECs), supports stepwise development and
repertoire selection of T cells.
To better understand the molecular mechanisms how thymic
epithelial cells control T cell development, here we characterized a novel spontaneous mutant
mouse strain, designated ‘T-lymphopenia of naïve population (TN)’, which exhibits impaired T cell
development due to defect of thymic microenvironment.
In the thymus of adult TN mice, cTECs were almost undetectable, while mTECs were less
affected. Our results with fetal thymus organ culture showed that TN mice are defective in
development of cTECs.
TN mice exhibited reduced thymic development of CD4+ and CD8+ αβT
cells due to defective positive selection. TN mice also showed defects in thymic development of
invariant natural killer T (iNKT) cells and Vγ4+ γδT cells, whereas regulatory T (Treg) cells and
intraepithelial lymphocytes (IELs) normally developed in TN mice. These results indicate that
cTECs are required for the development of αβT cells, iNKT cells, and Vγ4+ γδT cells.
Genome-wide linkage analysis and sequencing of candidate genes in the critical region
identified a missense mutation in the Psmb11 gene as being responsible for TN phenotype.
Psmb11 encodes β5t, a catalytic subunit of proteasome specifically expressed in cTECs. The
mutant β5tTN protein failed to be assembled into proteasome.
Forced expression of β5tTN in
fibroblast cells inhibited proteasome assembly and induced severe cell death.
These results
indicate that lethal defect of proteasome assembly caused by β5tTN accounts for specific depletion
of cTECs in TN mice.
Furthermore, we identified a SNP in human PSMB11 gene that showed a
proteasome assembly defect similar to that of β5tTN. Ongoing work is aimed at elucidating
whether this SNP of human PSMB11 impairs development of cTECs and T cells and causes any
diseases.
Researchers には、分担研究者を記載する。
平成２４年度研究報告書
課題番号：２４指１１２
研究課題名：胸腺微小環境の分子理解に基づく獲得免疫システムの制御
主任研究者：新田剛
研究の背景：胸腺におけるT細胞の分化・選択
胸腺
負の選択
細胞死
CD4 T
（ヘルパーT細胞）
正の選択
DN
DP
CD4SP CD8SP
CD8 T
しかし
胸腺上皮細胞の分化を制御する
分子メカニズムは不明である
（キラーT細胞）
正負選択の制御
胸腺皮質上皮細胞
T細胞自身のシグナル制御機構や
分化系譜は明らかになってきている
胸腺髄質上皮細胞
そこで
研究目的：
胸腺上皮細胞の分化を司る分子メカニズムを理解し
人為的に制御するための基盤技術を確立する
研究の方法と期待される成果
独自に樹立した
自然変異マウス
TN
詳細な表現型解析
原因遺伝子の同定
胸腺上皮細胞の分化を制御する
新規分子メカニズムの解明
→T細胞の研究領域を大きくリード
ヒトの疾患とリンクする可能性
原因遺伝子の機能解析
（細胞レベル、個体レベル）
胸腺上皮細胞分化を制御
する技術の開発
→原発性免疫不全や自己免疫の
研究領域に新たな展開をもたらす
T細胞の分化と抗原認識を人為的
に操作する基盤技術の確立
→免疫疾患に対する再生医療の
可能性
赤字は平成２４年度に実施した研究内容
研究成果
詳細な表現型解析
• TNマウス胸腺では、皮質上皮細胞の分化が特異的に障害されていた。
• TNマウス胸腺では、T細胞およびiNKT細胞の分化が低下していた。また、γδT細
胞の分化が変化していた。
• 負の選択、制御性T細胞やIELの分化は正常であった。
原因遺伝子の同定
• TNマウスの原因遺伝子は、Psmb11遺伝子のミスセンス変異であった。
• Psmb11は皮質上皮細胞に特異的に発現するプロテアソームの触媒サブユニット
をコードしている。
原因遺伝子の機能解析
• 培養細胞株において、TN変異型Psmb11はプロテアソーム形成を阻害し、細胞死
を引き起こした。
• TNマウス胎仔胸腺では、プロテアソーム形成阻害と細胞死の増加がみられた。
TNマウス胸腺
細胞死
IEL
Treg
DN
DP
CD4SP
CD8SP
Vγ4 γδT
iNKT
皮質上皮細胞
髄質上皮細胞
Psmb11変異による
プロテアソーム異常
と細胞死
髄質上皮前駆細胞
Psmb11変異による皮質上皮
細胞の分化障害のメカニズム
が明らかになった。
皮質上皮細胞がT細胞、iNKT
細胞、γδT細胞の分化を制御
することが明らかになった。
ヒトPSMB11の変異のひとつが
TN変異と類似のプロテアソー
ム形成不全を示した。
今後の課題
ヒトPSMB11の変異が免疫疾患の原因と
なる可能性を検証する必要がある。
課題番号
研究課題名
：２４指１１２
キーワード
研究成果
：免疫、T 細胞、胸腺、胸腺上皮細胞、マウス
：
：T細胞分化障害を示す新規変異マウスのリンパ球の解析
（主任研究者名：新田剛）
分担研究者名：鈴木春巳
T 細胞は獲得免疫システムの司令塔であり、外来病原体や腫瘍組織を特異的に攻撃することで、生
体防御と生体維持において重要な役割を担う。T 細胞は主として胸腺にて分化し、その分化プロセス
は胸腺微小環境を形づくる胸腺上皮細胞によって制御されている。本分担研究では、胸腺上皮細胞に
よる獲得免疫システム制御の分子基盤を理解することを目的とし、独自に樹立した胸腺皮質上皮細胞
の分化異常を示す自然変異マウス TN (T-lymphopenia of naïve population)を対象として、そのリンパ球分
化における表現型解析を行った。
TN マウスの胸腺では、CD4+CD8+胸腺細胞の分化はみられるものの、CD4+CD8-および CD4-CD8+
胸腺細胞の頻度が有意に低下していた。OT-I および OT-II TCR トランスジェニックマウスとの交配に
より、TN マウスでは CD4+CD8+胸腺細胞の正の選択が著しく低下することがわかった。また、末梢 T
細胞の TCR Vα鎖および Vβ鎖の頻度が顕著に変化していることから、T 細胞のレパトア選択が影響を
受けていることがわかった。制御性 T 細胞や腸管上皮間リンパ球（IEL）の胸腺内分化はほとんど影響
を受けていなかった。一方、invariant natural killer T（iNKT）細胞の分化は TN マウスにおいて著しく
低下していた。さらに TN マウス胸腺では、成体期に分化する Vγ1+および Vγ4+ γδT 細胞が減少してい
た。以上の結果より、TN マウス胸腺では皮質上皮細胞の分化障害によって、T 細胞、iNKT 細胞、γδT
細胞の分化が変容していることが明らかになった。
研究発表及び特許取得報告について
課題番号：２４指１１２
研究課題名：胸腺微小環境の分子理解に基づく獲得免疫システムの制御
主任研究者名：新田　剛
論文発表
論文タイトル
The development of T lymphocytes in fetal
thymus organ culture
著者
Nitta, T.,
Ohigashi, I.,
Takahama Y.
Oda H, Tamehiro
Differential requirement for RhoH in development N, Patrich MS,
of TCRab CD8aa IELs and other types of T cells. Hayakawa K and
Suzuki H.
Nakagawa, Y.
Ohigashi, I., Nitta,
Thymic nurse cells provide microenvironment for
T., Sakata, M.,
secondary TCRα rearrangement in cortical
Tanaka, K.,
thymocytes
Murata, S.,
Kanagawa, O.,
Eshima K, Chiba
Ectopic expression of a T-box transcription factor, S, Suzuki H,
eomesodermin, renders CD4(+) Th cells cytotoxic Kokubo K,
by activating both perforin- and FasL-pathways. Kobayashi H,
Iizuka M,
掲載誌
Methods Mol Biol
掲載号
年
946
2013
Immunol. Lett.
2013
Proc Natl Acad Sci
USA
109
2012
Immunol. Lett.
144
2012
学会名
場所
年月
学会発表
タイトル
胸腺皮質微小環境の形成と機能
発表者
新田　剛
Nitta T, Okada T,
Distinct protein motifs in Themis regulate positive Oda H, Takashima
selection of T cells
A, Patrick MS,
Suzuki H
The novel gene ISC22 is involved in TCR早川国宏,　鈴木
mediated IL-2 production in mature T cells
春巳
ESET(SETDB1) modulates H3K9 methylation of Takikita S,
developing thymocytes and is indispensable for T Hayakawa K,
cell development
Suzuki H
Okada T, Patrick
Themis regulates cytokine production and
MS, Kaji K,
differentiation of Th subsets
Suzuki H
小田浩代、為広
RhoH regulates TCR expression on thymocytes
紀正、鈴木春巳
TCR-dependent proteasomal degradation od
Tamehiro N, Oda
RhoH in CD4CD8 double positive thymocytes
H, and Suzuki H
新田　剛、岡田
季之、加地健太
T細胞分化におけるThemis分子内ドメインの郎、小田浩代、
高島明子、
役割
Michael S.
Patrick、鈴木春
第１０回
Osteoimmunology
Forum
東京
2013年3月
第41回日本免疫学
神戸
会学術集会
2012年12月
第41回日本免疫学
神戸
会学術集会
2012年12月
第41回日本免疫学
神戸
会学術集会
2012年12月
第41回日本免疫学
神戸
会学術集会
2012年12月
第41回日本免疫学
神戸
会学術集会
第41回日本免疫学
神戸
会学術集会
第３５回日本分子
福岡
生物学会年会
2012年12月
2012年12月
2012年12月
研究発表及び特許取得報告について
Nitta T, Okada T,
Kaji K, Oda H,
Function of distinct domains in Themis in positive
Takashima A,
ThymUS
selection.
Patrick MS,
Suzuki H
新田　剛、岡田
季之、加地健太
郎、小田浩代、
第22回KTCC
Themis分子内ドメインの機能解析
高島明子、
Michael S.
Patrick、鈴木春
Miami USA.
2012年11月
京都
2012年7月
その他発表(雑誌、テレビ、ラジオ等)
タイトル
発表者
発表先
場所
年月日
該当なし
特許取得状況について ※出願申請中のものは(　)記載のこと。
発明名称
登録番号
該当なし
※該当がない項目の欄には「該当なし」と記載のこと。
※主任研究者が班全員分の内容を記載のこ
特許権者(申請者）
登録日(申請日)
（共願は全記載）
出願国

Download Report