刺激誘導型因子群による多段階転写制御機構の解析

刺激誘導型因子群による多段階転写制御機構の解析

著者

牟田 達史

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平成18年度∼平成19年度科学研究費補助金

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（基盤研究（B）■）研究成果報告書

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研究代表者∴担溝 田 達 史

東北大学大学暁生命科学研究科教授

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＜はしがき＞ 生物は、多様な環境の変化にダイナミックに応答するため、生物種に固有 のゲノムを用いて、それぞれの局面で適当な遺伝子セットを選択的に発現す ることによって、その恒常性を維持している。例えば、微生物由来の種々の 物質を感知して活性化する自然免疫系は、刺激に応じて様々な生体防御因子 の産生を誘導するため、こうした応答機構の研究に適した系の一つである。 自然免疫系による新たな遺伝子の発現誘導では、転写因子nuclear hctor （NF）Tl（Bやactivatorprotein仏P）・1が中心的な役割を果たしているが、こ れらの転写因子は他の様々な生体応答の際にも活性化されており、多彩な感 染微生物の侵入の情報が統合されつつ、適切な遺伝子が選択的に活性化され る機構については、未だ明らかでない点が多い。 研究代表者らは、自然免疫刺激に伴って誘導される遺伝子IKB・ら（zeta）を 独白に発見し、この遺伝子が、核内でNF・KBと結合し、その転写活性を遺 伝子特異的に、正と負、両方向に制御していることを見出した。 本研究は、IKB・与による自然免疫担当細胞の応答制御の分子機構の解明を 通じ、細胞応答時の転写反応の多段階制御の基本原理を明らかにすることを 目的として推進した。 研 究 組 織 研究代表者：牟 田 達 史  （東北大学大学院生命科学研究科教授） 交付決定額（配分額）      （金額単位：円） 直 接 経 費 間 接 経 費 合   計 平 成 1 8 年 度 8 ，8 0 0 ，0 0 0 2 ，6 4 0 ，0 0 0 1 1，4 4 0 ，0 0 0 平 成 1 9 年 度 6 ，7 0 0 ，0 0 0 2 ，0 10 ，0 0 0 8 ，7 10 ，0 0 0 総   計 _{15 ，5 0 0 ，0 0 0} 4 ，6 5 0 ，0 0 0 2 0 ，15 0 ，0 0 0 ・1・

研 究 発 表 （1）雑誌論文 1．Hidakn，R，Matsuo，S．，Muta．T．，Takeshige，KリMizukami，Tl，and Nunoi，H．（2006）： AMissenseMutationoftheTbl1−1ikeReceptor3GeneinaPatient withInfluenza−aSSOCiatedEncephalopathy． α血．血皿はdd119（2），188−194． 2．Cowland，J．B．，Muta，T．，andBorregaard，N．（2006）： IL−1βSpecincUp−regulationofNeutrophilGelatinaSe・aSSOCiated LipocalinIsControlledbyIl＜B・与． よ血皿王ud176（9），5559・5566． 3．Muta．T．（2006）： MolecularBasisforInvertebrateInnateImmuneRecognitionof （1→3）・P−D−GlucanasAPathogen・AssociatedMolecularPattern・ 肋f惣aJて孔肋．12（32），4155・4161． 4．Hijioka，K．，Matsuo，S．，Kimura・Eto，A・，Takeshige，K・，andMuta・T （2007）： InductionoftheNuclearIl（BProteinIKB−ちuponStimulationofBcell AntigenReceptor． 助de皿．軸阜作．肋．α皿皿ML356（2），476−480． 5．Watanabe，S．，Takeshige，K．，andMuta，T．（2007）： Aarelementinthe3’・untranSlatedRegionofIKB・らmRNAGoverns itsStimulusTSpeCi丘cExpression．

助em的如．必見伽皿皿．356（3），785・791．

6．Matsuo，S．，Yamazaki，S．，Takeshige，K．，andMuta．T．（2007）： CrucialRolesofBindingSitesforNuclearFactor・KB（NF・TCB）and CCAAT／enhancer・bindingProteins（C／EBPs）inIKB・仁一mediated TranscriptionalActivation． 月払de皿．よ405（3），605−615． 7．1hmauchi，M．，Hashimoto，M．，Ichiyama，K．，Ybshida，RリHanada，Tリ Muta．T．，Komune，S．，Kobayashi，T．，andYbshimura，A．（2007）‥ Ⅰ丘202，anIFN・inducibleCandidateGeneforLupusSusceptibilityin NZB／WFIMice，IsaPositiveRegulatorforNF−TCBActivationin DendriticCells 血￡血皿u〟d19（8），935−942．

8．牟田達史（2007）： TLRシグナルにおけるIKB−この役割

炭塵と免疫15巻（5号）、609・614．

9．牟田達史（2007）：

マクロファージのTLRシグナル。

慮床線香 51巻（10号）、1096・1100．

10．牟田達史（2007）： 誘導型転写制御因子IKB−ちを介した炎症応答反応の制御機構

β冊粛彪会厨 42巻、35・43．

（2）学会発表

1．0SusumuMatsuo，KoichiroTakeshige，andTatsushiMuta：

SynergisticTranscriptionalActivation ofInflammatory Genes by NF・KBandIKB−（，anInducibleNuclearProtein．

20thIUBMBInternationalCongress of Biochemistry and MolecularBiologyandllthFAOBMBCongress，

June18−23，2006，Kyoto，Japan

2．KuniakiHijioka，KoichiroTakeshige，and OTatsushiMuta：

FcY reCeptOr On B LymphocytesInhibitsInduction ofIKB・（by CrosslinkingtheSurfaceImmunoglobulinComplex．

20thIUBMBInternationalCongress of Biochemistry and MolecularBiologyandllthFAOBMBCongTeSS， June18・23，2006，Kyoto，Japan 3．0牟田達史： 自然免疫による微生物認識応答とその制御 東北大学大学院歯学研究科インターフェイス口腔健康科学第18 回学術フォーラム 2006年9月28日、仙台 4．0TatsushiMuta：

Multistep Regulation of Transcriptional Activation of lmte

Immu山け：

RolesofaninduciblenuclearIKBprotein，IKB−G

TheAmualMeeting ofKorean Societyfor Molecular and

Cellulal・Biology，Symposium XVm“Innate lmunity”

（Invited），October12・13，2006，Seoul

5．0TatsushiMuta，SusumuMatsuo，SatoshiWatanabe，andKoichiro

Takeshige：

Molecular Mechanisms forIKB・（・mediated Transcription upon ActivationofInnateImmunity．

AJoint Meeting of Society of Leukocyte Biology and International Endotoxin andInnateImmunity Society，

Symposiuml“TranscriptionalRegulationinImmuneCells” （OralPresentation）， NovemberlO，2006，SanAntonio 6．牟田 達史： 自然免疫：その多様性と普遍性 第10回東北大学学際ライフサイエンスシンポジウム 2006年11月30日、仙台 7．0牟田達史： 刺激誘導型転写制御因子による自然免疫系の選択的遺伝子発現機構 第7回日本蛋白質科学会年会 ワークショップ6「自然免疫のパ ターン認識と情報伝達」 2007年5月25日、仙台 8．0TatsushiMuta，SusumuMatsuo，SatoshiWatanabe，andKoichiro Takeshige： TranscriptiOnalRegulationofInnateImmuneResponsesbyITCB・与，a NuclearIl＜BProtein． 19thFAOBMBConference，Symposium“InnateImmunity’’ OralPresentationandPost，erPresentation May27・30，2007，Seou1 9．0牟田達史： 刺激誘導型転写制御因子IKB一引こよる自然免疫応答の多段階制御機構 第5回感染病態研究会「感染症の新世代研究」 2007年9月1・2（1）日、阿蘇 10．0山崎創、松尾享、牟田達史、竹重公一朗： 炎症応答時におけるIKB−弓を介した遺伝子発現誘導機構 第37回日本免疫学会総会・学術集会 2007年11月20（20）・22日、東京

11．0Soh Yamazaki，Susumu Matsuo，Tatsushi Muta，and Koichiro Takeshige： EssentialInvoIvementofIkB・GintheGene・SpeCificTranscriptional ActivationMediatedbyNF・kBandC／EBPintheNuclei KeystoneSymposium，“NF・kappaB，”（Poster）， February12・17，2008，BanffCanada． （3）図書 1．Muta．T．（2006）： Il（B・（：AnInducibleRegulatorofNuclearFactor・KB l触皿血saBd禦ODeS74“Interleukins”，（Editedby Litwack．G．），EIsevler，pP．301−316． 2．牟田達史（2006）： 自然免疫刺激によって誘導される核タンパク質IKB−与による炎症応答制 御。 エンドトキシン研労9 gj然免疫の虜ノ務綬pp．18・26、 医学図書出版株式会社、東京 ー5−

研 究 成 果

研究代表者らが発見したIKB・Gは、lipopolysaccharide（LPS）に代表される 様々な微生物由来の自然免疫刺激物質によって発現誘導され、interleukin

（IL）76やIL−12、転写因子CCAAT／enhancer−bindingProtein（C／EBP）−8などの 二次応答性の炎症性遺伝子発現誘導に必須である一方、tumOr neCrOSis factor （TNF）・αに代表される一次応答性遺伝子群の転写を抑制するという二面性をも った炎症反応制御の鍵を握る分子である。 本研究では、IKB・与による転写制御機構について検討し、ヒトβ−de伝nsin2及 びneutrophilgelatinase−aSSOCiatedlipocalin遺伝子の双方において、そのプロ モーターのNF・KB結合部位とC／EBP結合部位の双方が、IKBTちを介した転写冗 進に必須であることを見出した。一方、典型的なNF・KB結合配列をもつプロモ ー タ ー の転写に対 して、IKB・与は抑制的 に働いた。 Chromatin−immunoprecipitation（ChIP）解析により、刺激に伴い誘導された Il（B−Gは、NF・KBと複合体を形成し、NF・TCB及びC／EBP結合部位をもつプロモ ーターへ結合することが明らかになった。さらに、Smallinterfering（si）RNA を用いたknock・down実験によって、NF・KBp65・p50サブユニット、IKB−Gの 三者のいずれもが転写の冗進に必須であることが判明した。従って、IKB−弓は、 NF一KBのDNA結合部位の立体構造の変化を通じて、その標的配列を変化させ つつ、標的配遺伝子上で安定な転写活性化複合体を形成していることが強く示 唆された（月払dkmJ405（3），605−615，2007）。

IKB−与の発現は、LPS等と同様にIL・1β刺激によって誘導されるが、炎症性サ イトカインであるTNF−αでは誘導されない。研究代表者らは、IKB・与の誘導機構 について解析を進め、IKB−ち誘導における転写後制御の重要性を指摘し、 LPS／IL・1β刺激特異的にIKB・∈mRNAの安定化が起きることを示していた。本 研究では、この転写後制御に機能するIKB・ちmRNAのエレメントについて解析 し、3’非翻訳領域内の165ヌクレオチドの領域が必要かつ十分であることを証明 した（月わdem柚．必見Cb皿皿lm356（3），785−791，2007，）。 さらに、B細胞でのIKB一与の発現誘導について検討し、B細胞の抗原受容体を 刺激に伴いIKB−弓が発現誘導され、その誘導は抑制性Fc受容体の共刺激によっ て阻害されることを見出した。従って、IKB・与は、獲得免疫系でも機能している 可能性が強く示唆された（助de皿．軸4押．Jお鼠α1び皿皿．356（2），476−480， 2007．）。 これまで炎症における遺伝子発現は、NF・KBやAP・1のような細胞内で迅速 に活性化される主要な転写因子によって自律的な遺伝子発現プログラムが開始 されると理解されていたが、本研究成果によって、IKB−このような刺激特異的に 誘導される転写修飾因子によって一次応答を司る転写因子の活性が変化するこ とにより、刺激特異的な応答を決定する遺伝子群の転写制御が行われている姿 が、明らかになった。 −7・

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