Bach2 遺伝子欠損マウスを用いた続発性肺胞蛋白症発症機構の解明

Bach2 遺伝子欠損マウスを用いた続発性肺胞蛋白症

発症機構の解明

著者

渋谷 里紗

雑誌名

東北医学雑誌

巻

129

号

2

ページ

185-189

発行年

2017-12

URL

http://hdl.handle.net/10097/00128767

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女子大学院学生奨励賞受賞記念講演

Bach2 遺伝子欠損マウスを用いた

続発性肺胞蛋白症発症機構の解明

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女子大学院学生奨励賞受賞記念講演

Bach2 遺伝子欠損マウスを用いた

続発性肺胞蛋白症発症機構の解明

Identity Crisis of Alveolar Macrophages Leading to Pulmonary Alveolar Proteinosis 渋  谷  里  紗 東北大学大学院医学系研究科 呼吸器内科学分野 学術的背景 1） 肺胞蛋白症の病態生理 肺胞蛋白症は，肺胞内に肺胞サーファクタントが異 常に貯留する呼吸器疾患である．余剰な肺胞サーファ クタントは肺胞マクロファージによって貪食・代謝さ れることで全体量の調節が行われている1）_{．肺胞蛋白} 症の主な発症機序は，肺胞マクロファージの脂質処理 能力の異常である．肺胞マクロファージの脂質処理能 が正常に機能するためには，GM-CSFシグナルの下 流で転写因子 PU.1 遺伝子の発現が誘導され，さらに その下流で転写因子 Pparγ が作用することで分化が完 了し，脂質処理関連遺伝子の発現が誘導されることが 必要である．肺胞マクロファージの機能異常の背景の 1つには，このシグナルの破綻に起因する，肺胞マク ロファージの分化障害があることが明らかとなってい る2）_{（図 1）．一方で，骨髄異形成症候群などの血液腫} 瘍などに続発して起こる続発性肺胞蛋白症の原因は明 らかとなっていない3）_． 2） 転写因子 Bach2 の多様な機能

Bach （BTB and CNC homology） 因 子 は，MafK （musculoaponeurotic fibrosarcoma K） などの小 Maf と

2量 体 を 形 成 す る こ と で MARE （Maf recognition element : Maf認識配列）に結合し，遺伝子発現を抑 制する転写因子である（図 2）．Bach2 は B 細胞にお ける形質細胞への分化や，クラススイッチ DNA 組み 換えによる抗体の多様性獲得の制御4,5）_{，T 細胞におけ}

るエフェクター T 細胞の分化に関わる遺伝子の発現 の抑制6）_{，Common lymphoid progenitor や造血幹細胞}

における，白血球分化のバランス制御を行っている7,8）_．

3） Bach2 遺伝子欠損マウスの肺胞蛋白症 筆者らは，Bach2 が肺胞マクロファージで発現して いること，Bach2 遺伝子欠損マウスは肺胞蛋白症を発 症していることを発見し，転写因子 Bach2 がマウス における肺胞蛋白症の発症に関与していることを発見 した．Bach2 遺伝子欠損肺胞マクロファージは貪食能 と脂質代謝能が低下していたが，GM-CSF経路は正 常であった．Bach2 遺伝子欠損マウスの肺胞マクロ ファージでは，脂質代謝，炎症応答および M2 マクロ ファージに関わる遺伝子群の発現に大きな変動を認め た．以上より，Bach2 遺伝子欠損マウスの肺胞蛋白症 の発症機序は，GM-CSF経路を介さない，肺胞マク ロファージの機能異常が原因であると考えられた．そ こで，野生型マウスの骨髄を Bach2 遺伝子欠損マウ スに移植したところ，肺胞蛋白症の発症を抑え，発症 後でも症状を改善させることに成功した9）_{．以上の結} 果から，Bach2 は肺胞マクロファージの機能的成熟と 維持に必要であり，GM-CSFとは別のシステムとし て，肺の恒常性を維持していると考えられた（図 3）． 問 題 点 続発性肺胞蛋白症は背景となる疾患が多岐に渡り， その発症機序は不明であった．そのため，原疾患の治 療以外に有効な治療法は確立されていない． 研 究 目 的 Bach2遺伝子欠損マウスをモデルとし，肺胞マクロ ファージにおける Bach2 を中心とした遺伝子や細胞 のネットワークと，肺胞蛋白症の発症機序を明らかに することで，ヒトにおける続発性肺胞蛋白症の病態解 明と新たな治療戦略を考案する． 研 究 方 法 1） Bach2 遺伝子欠損肺胞マクロファージの遺伝子 発現パターンと，ミエロイド系細胞における Bach2 の標的遺伝子を網羅的に解析した． 2） 細胞特異的 Bach2 遺伝子欠損マウスの表現型 を体系的に解析した． 3） T 細胞を標的とした続発性肺胞蛋白症の新規治 療法について検討した． 研 究 結 果 1） 肺胞マクロファージにおける Bach2 の機能の 解明 Bach2遺伝子欠損マウスの肺胞マクロファージの遺 伝子発現パターンを，マイクロアレイを用いて網羅的 に解析したところ，肺胞マクロファージ特異的な遺伝 子発現パターンを失う一方で，脾臓赤脾髄マクロ ファージや腹腔マクロファージに特異的な遺伝子発現 図 2. 転写因子 Bach2 図 3. 背景模式図

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パターンを示していた．このような遺伝子発現変化に 伴う機能の喪失が，肺胞蛋白症を発症させていると考 えられた．次に，肺胞マクロファージにおける Bach2 の標的遺伝子を明らかにするために，ミエロイド系細 胞における Bach2 の結合領域を Chromatin immuno-precipitation sequence （ChIP-seq） によって調べた．そ の結果，Bach2 は Il6 を含む多くの炎症関連遺伝子や， SpiCなどを含む脾臓赤脾髄マクロファージ特異的な 遺伝子に結合し，その発現を抑制していた．また，こ れまで Bach2 は転写抑制因子であると考えられてい たが，Bach2 は多くのヒストン遺伝子に結合し，それ ら遺伝子の発現を促進していることも明らかとなっ た10）_． 2） 肺胞蛋白症における細胞間相互作用の解明 Bach2遺伝子欠損マウスの肺胞洗浄液中に，リンパ 球の浸潤を認めた．T 細胞において Bach2 は Il4，Il6， Ifngなどの炎症性サイトカインの遺伝子発現を抑制し ている．従って Bach2 遺伝子欠損マウスの肺環境に おいて，Bach2 欠損 T 細胞で分泌されたこれらサイト カインが肺胞マクロファージの性質を変えている可能 性が示唆された．そこで，この可能性を検証するため に，複数の遺伝子改変マウスの表現型を解析した．ま ず，リンパ球を持たず Bach2 を欠損した Bach2/Rag2 二重欠損マウスを作成した．このマウスが肺胞蛋白症 を発症しなかったことから，次に，B 細胞特異的 Bach2遺伝子欠損マウスと T 細胞特異的 Bach2 遺伝 子欠損マウスを解析したところ，そのどちらでも肺胞 蛋白症を発症しなかった．しかし，T 細胞特異的 Bach2遺伝子欠損マウスの肺では，Bach2 遺伝子欠損 マウスと同様の炎症細胞の浸潤を認めた．これらの結 果から，肺胞マクロファージで発現している Bach2 が炎症のある環境下で機能し，性質の変化を食い止め ている可能性を考えた．さらに，筆者は，T 細胞特異 的 Bach2 遺伝子欠損マウスの肺胞マクロファージに おいて，Bach2 の発現が亢進していること，野生型マ ウスの肺胞マクロファージをインターフェロンγ で刺 激すると，Bach2 の発現が誘導されることを発見した． Bach2が，炎症関連遺伝子や脾臓赤脾髄マクロファー ジ特異的遺伝子の発現を抑制していることから，肺胞 マクロファージにおいて，Bach2 は，炎症反応に応答 した機能喪失を抑える guardian として機能し，細胞 間ネットワークを制御していることが明らかとなった （図 4）10）_． 3） 肺胞蛋白症の新規治療法の発見 筆者は，Bach2 遺伝子欠損マウスにおいて，抗体を 用いて CD4 陽性 T 細胞を枯渇させたところ，肺胞蛋 白症が治癒することを見出し，T 細胞を標的とした治 療が肺胞蛋白症の新規治療法となりうることを発見 した10）_． 図 4. 研究結果模式図

終 わ り に 本稿では，転写因子 Bach2 遺伝子欠損マウスを病 態モデルとした，続発性肺胞蛋白症の発症メカニズム の研究を紹介した．本研究から得た新たな知見をさら に活かし，免疫応答の異常に起因する呼吸器疾患の病 態解明や，新規治療法の考案，癌免疫療法における課 題の克服など，臨床における問題点の解決につながる ような研究を続けていきたい． 筆者は，本研究を遂行するまでに，二人の子供の妊 娠・出産を経験した．その都度，女性研究者が研究を 続けることの大変さと，周囲のサポートのありがたさ を実感するばかりであった．女性ならではのライフイ ベントとキャリア構築における課題は，以前から各分 野で取りあげられてはいるが，今後さらに，情報の共 有と理解，支援制度の充実がなされることを心から 願っている． 最後に，ご指導いただいた東北大学大学院医学系研 究科 呼吸器内科学分野 貫和敏博前教授，一ノ瀬正 和教授，生物化学分野 五十嵐和彦教授，並びにご協 力いただいた国内外の多くの先生方に，心から感謝申 し上げます． 文   献

1） Trapnell, B.C., Whitsett, J.A. and Nakata, K. （2003）  Pulmonary alveolar proteinosis. N. Engl. J. Med., 349 （26）, 2527-2539.

2） Schneider, C., Nobs, S.P., Kurrer, M., et al. （2014）  Induction of the nuclear receptor PPAR-gamma by the

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10） Ebina-Shibuya, R., Matsumoto, M., Kuwahara, M., et

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