塩基アダクトがMR1に結合し、MR1制限性T細胞を刺激する

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塩基アダクト MR1 T細胞 抗原 腫瘍細胞 代謝変化

核塩基付加物がMR1と結合しMR1制限性T細胞を活性化する

学術背景

MR1T細胞は、最近発見されたT細胞の一種で、主要組織適合性複合体I類関連分子MR1が提供する抗原を微生物感染なしに認識できる。MR1T細胞はin vitroでTヘルパー様および細胞毒性特性を示すが、その認識する内因性抗原は未だ不明であり、これが生理的役割や治療的ポテンシャルの理解を妨げている。本論文の研究では、MR1T細胞の内因性抗原を明らかにし、MR1T細胞の生物学的および病理的状況下での役割の不明確さを解決することを目的としている。

出典

本論文はVacchiniらによって執筆され、著者はバーゼル大学病院とバーゼル大学、チューリッヒ連邦工科大学、ミネソタ大学、マリオネグリ薬物研究所などの機関から来ている。この記事は2024年5月10日の《Science Immunology》誌に掲載された。

研究過程

研究プロセス

a) 詳細な研究プロセス

研究では、MR1T細胞が認識する抗原を探索するために、多様な遺伝学、薬理学、生化学的手法を使用した。全ゲノムCRISPR-Cas9遺伝子破壊スクリーニングを通じて、MR1T細胞が標的細胞を認識する過程での重要な代謝経路を探索した。研究過程では、まずプロトタイプ細胞毒性MR1T細胞クローンTC5A87を用いて多くの殺傷サイクルを実施し、生き残った細胞に富んだ単一ガイドRNA(sgRNA)配列をスクリーニングし、243個の富んだsgRNAと5331個の減少したsgRNAを発見し、代謝プロセスに関連する多数の遺伝子を明らかにした。

スクリーニング結果は遺伝子本体ゴーカテゴリ(GO terms)を計算し、127個の豊富な遺伝子ターゲットと650個の減少した遺伝子ターゲットを特定した。この主な代謝プロセスには炭素基合成、炭水化物代謝、タンパク質代謝が含まれる。その後の研究では、単一遺伝子ノックアウト体内反応モデル(RECON3D)を再構築し、代謝ネットワークへの影響を予測し、酸化的リン酸化とプリン代謝の重要性を検証した。

b) 主要結果詳細

研究はプリン代謝経路の複数の遺伝子と代謝物、例えばアデノシン脱アミナーゼ(ADA)、アデノシンサクシネート合成酵素1(ADSSL1)、ラックスドメイン含有タンパク1(LACC1)などがMR1T細胞の活性化に関連していることを特定した。これらの遺伝子のノックアウト実験は、これらの欠乏がMR1T細胞の認識と活性化に著しく影響を及ぼすことを示した。

急性単球性白血病THP-1細胞に合成ヌクレオチドやヌクレオシドなどの化合物を加えることで、ADAと他のプリン代謝メンバーの欠乏がMR1T細胞に対する抗原応答を著しく増加させることが発見された。特に合成ヌクレオチドの作用下で顕著であった。さらに、ナイトロエタン糖アルデヒド(DADO)、グアノシン、グアノシンなどが高濃度で一部のMR1T細胞クローンの反応性を増加させることが示された。

甲基グリオキサールとプリン代謝経路の共通協力

研究はスクリーニングデータを通じて三リン酸イソメラーゼ(TPI1)とグリセルアルデヒド経路が甲基グリオキサール生成に関連していることを発見した。TPI1のノックアウトまたはグリオキサラーゼ(GLO1)およびグリセルアルデヒドドメイン含有タンパク(GLOD4)の阻害を通じて、甲基グリオキサールの蓄積がMR1T細胞の活性化を著しく向上させることが発見された。この結果は複数の合成反応と細胞因子測定実験によりさらに検証され、細胞が甲基グリオキサールおよびプリン代謝の重要な酵素阻害剤にさらされると、MR1T細胞の反応能力が著しく増加することが確認された。

代謝物のMR1結合

MR1結合核酸誘導体に関する研究は、プリン代謝経路の変化と酸化的リン酸化経路の変化がMR1抗原提示に不可欠であることを明示した。高性能液体クロマトグラフィー(HPLC)および高分解能質量分析(HRMS)を組み合わせた方法により、炭基-核塩基付加物がMR1分子に結合しMR1T細胞の活性化をサポートすることが発見された。これらの分子には、主にエチレンアデノシン(ETHENO-A)とM1Ado、M1Ade付加物が含まれる。

MR1T細胞の認識と臨床関連性

研究は合成MR1-ligand四量体を使用してドナー血液サンプル内のMR1T細胞を識別および分離し、健康な個体および非小細胞肺癌患者サンプルの両方においてMR1-m1Ado四量体陽性T細胞が存在することを発見した。これらのT細胞は、MR1-m1Ado抗原に遭遇するとインターフェロン(Interferon Gamma, IFN-γ)を生成し、これらの抗原が生理および病理環境で重要であることをさらに検証した。

研究結論

研究の科学的価値と応用価値

研究はMR1T細胞の認識メカニズムおよび代謝物の特異的認識プロセスを明らかにし、生理および病理環境におけるMR1T細胞の役割を理解するための新しい視点を提供した。この発見は、MR1T細胞の免疫認識メカニズムの深刻な理解に役立つだけでなく、新たな癌治療および免疫治療戦略の開発の基礎を提供する。

研究のハイライト

  1. 新発見抗原：MR1T細胞の新しい内因性抗原を明らかにし、この分野の知識の欠如を補った。
  2. 多学科統合：遺伝学、薬理学、化学的手段を利用し、研究に全面的で正確なデータのサポートを提供した。
  3. 臨床関連性：健康な個体および癌患者サンプルにおける研究結果の実際の応用を検証した。

研究の次のステップは、MR1T細胞の生理役割およびそれらの癌治療における潜在能力を理解することに重点を置き、MR1T細胞抗原のより広範な応用と認識メカニズムを探ることである。

総括

本論文はMR1T細胞抗原の由来およびその作用メカニズムを深く探求することにより、免疫治療の新しい潜在的なターゲットを提供した。研究結果は、代謝変化、特に炭基-核塩基付加物がMR1T細胞の認識と反応において重要な役割を果たすことを示しており、MR1T細胞をターゲットにした治療戦略の理論的基礎を提供する。