Toll-like receptorsの機能解析


Toll-like receptorsの発現プロファイルとインターフェロンシグナル

　自然免疫は、病原微生物の侵入に対して早期の免疫応答を引き起こすとともに、樹状細胞を始めとする抗原提示細胞の活性化によってリンパ球を中心とする獲得免疫を誘導します。自然免疫の活性化には、微生物に特異的な分子構造、Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) が重要な役割を果たしています。

　Toll-like receptor (TLR)は、PAMPsを認識して自然免疫を活性化するシグナル伝達レセプターです。TLRは、 樹状細胞を始めとする抗原提示細胞の活性化を介して、獲得免疫の活性化にも重要な役割を果たしています。ヒトでは、 TLRは10種類存在し、糖脂質成分や核酸、タンパク質などの多彩なPAMPsをそれぞれ異なるTLRが認識します。TLRはI型の膜貫通タンパク質であり、リガンド認識を行うロイシンリッチリピート(LRR)ドメインとシグナル伝達を司るTIRドメインから構成されています（図１）。

　TLRは認識するリガンドに応じて異なる細胞内局在を示します。当研究室ではヒトTLR1, 2, 3, 6に対するモノクローナル抗体を作製し、リガンドの同定や細胞内局在を明らかにしてきました。微生物由来の糖、脂質成分を認識するTLR1,2,4,6は、主に細胞膜表面に局在し、微生物由来の核酸を認識するTLR3,7,8,9は、主に細胞内エンドソーム様オルガネラに局在します。

　ヒトTLR3を認識するモノクローナル抗体（TLR3.7）を用いた解析から、ウイルス特有の2本鎖RNAがTLR3のリガンドであり、TLR3を介してタイプIインターフェロン(IFN-α/β)産生が誘導されることを見出しました。更に、TLR3のアダプター分子TICAM-1 (TIR-containing adapter molecule-1)（別名TRIF）を同定し、TLR3とTLR4を介したインターフェロン産生に必須なシグナルアダプター分子であることを明らかにしました。また、TLR4とTICAM-1を結ぶTLR4のアダプター分子TICAM -2(別名TRAM)も同定し、TICAM-1を介したシグナル伝達経路の解析を進めています(図２)。

　蛍光標識したTICAM-1を用いた研究から、活性化したTICAM-1はTLR3から離れ、下流のシグナル伝達分子とともにTICAM-1シグナルソームを形成し、タイプI インターフェロンやサントカイン産生、樹状細胞の成熟化、アポトーシス誘導など多彩な細胞応答を誘起することが明らかになっています。TLR3は線維芽細胞や上皮系細胞、神経細胞以外に、抗原提示能の高い骨髄系樹状細胞に高発現しており、TICAM-1依存的なナチュラルキラー(NK)細胞活性化や抗原のクロスプレゼンテーションによる細胞傷害性T細胞(CTL)の活性化を誘導します。

　ウイルス感染防御免疫では、ウイルス由来の核酸を認識しタイプI IFN 産生を誘導する初期の自然免疫応答と、後期のCTL／NK細胞活性化が重要です。細胞質内に存在するRNAヘリケースのRIG-IとMDA5は細胞質に存在するウイルス由来のdsRNAを認識し、ミトコンドリアに局在するアダプター分子IPS-1(別名MAVS, Cardif, VISA) を介してIFN-α/βを誘導しますが（図３）、エンドソームに局在するTLR3は細胞外に存在するウイルスRNAを認識し、ウイルス感染防御に働いています。当研究室ではノックアウトマウスを用いた解析から、ポリオウイルス感染防御にTLR3-TICAM-1経路が重要であることを示しました。更に外国のグループとの共同研究により、ヒトでのヘルペスウイルス脳炎の発症防御にTLR3-TICAM-1経路が重要であることを明らかにしました。一方、TLR3はdsRNAを生じないウイルス感染や非感染性のネクローシス細胞から放出されたウイルスや自己由来のRNAを認識し、過剰な炎症応答を誘起することが報告されています。我々は、TLR3が認識するRNA構造の解明を進め、TLR3が、dsRNA以外に、不完全な二本鎖領域を有する安定な構造のssRNA（structured RNA, 構造RNA）を認識することを見いだしました。構造RNAはdsRNAの取り込みレセプターに結合し、クラスリンーラフトリン依存的経路で細胞内に取り込まれTLR3を活性化します（図４）。TLR3は多様なウイルス感染に応答するのみならず、炎症などで細胞外に放出された自己由来のRNAにたいしても免疫応答を誘導することが考えられ、RNAの取り込み機構の解析や慢性炎症におけるTLR3の役割について研究を進めています。

発表論文

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