EomesoderminのNK細胞発達過程における時空的メカニズムを介したKLF2とT-betの調節

一、研究背景

ナチュラルキラー（Natural Killer, NK）細胞は、免疫システムにおいて重要な細胞であり、腫瘍細胞や病原体に感染した細胞を認識し、排除することができます。NK細胞の生成と発達は、一連の特異的受容体の段階的な獲得に依存しており、このプロセスは多くの転写因子によって厳密に制御されています。その中には、T-box転写因子ファミリーのEomesodermin（Eomes）とT-betが含まれます。しかし、EomesのNK細胞発達における具体的な時空的制御メカニズムはまだ明らかになっていません。

EomesとT-betは、NK細胞の発達と機能の重要な調節因子です。Eomesは主に未熟なNK細胞で発現し、NK細胞の初期系統分化に影響を与えます。一方、T-betは成熟したNK細胞で主導的な役割を果たします。既存の研究では、EomesとT-betが異なる発達段階で異なる役割を果たす可能性が示唆されていますが、具体的な調節メカニズムについてはさらなる研究が必要です。

二、論文の出典

本論文は、Junming He、Donglin Chen、Wei Xiong、Xinlei Hou、Yuhe Quan、Meixiang Yang、Zhongjun Dongらの共同研究によって完成されました。著者らは安徽医科大学第一附属病院および臨床免疫学研究所、清華大学医学部、暨南大学珠海トランスレーショナル医学研究所、その他の国内トップレベルの研究室に所属しています。論文は「Cellular & Molecular Immunology」誌に掲載され、オンライン公開日は2024年5月13日です。

三、研究プロセス

1. 研究方法とプロセス

1.1 生体内Eomes欠損モデルの構築

研究では、Eomes欠損マウスモデルを構築し、NK細胞発達の異なる段階におけるEomesの影響を調査しました。具体的には以下の通りです： - CD122-Cre遺伝子組み換えマウスを用いて、NK progenitor（NKP）段階で特異的にEomesを欠損させたマウス（Eomes^f/f/CD122^Cre/+）を構築。 - NCR1-Cre遺伝子組み換えマウスを用いて、成熟NK細胞段階で特異的にEomesを欠損させたマウス（Eomes^f/f/NCR1^Cre/+）を構築。

1.2 NK細胞の選別と分析

フローサイトメトリーを用いて、異なる発達段階のNK細胞を選別し、細胞分化、増殖、および受容体発現を分析しました。Chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq)およびRNA-seq技術を用いて、Eomesと標的遺伝子（KLF2やT-betなど）のクロマチン上の結合部位とその転写レベルへの影響を分析しました。

1.3 ウイルス感染と骨髄再構築実験

CRISPR技術を用いてKlf2の特定領域を編集し、レトロウイルスシステムを用いてKlf2を発現するマウスモデルを構築し、Eomes欠損条件下でのNK細胞発達に対する補償作用を評価しました。

2. 主な結果とデータ支持

2.1 異なる段階におけるEomesのNK細胞発達への影響

研究により、NKP段階でEomesを欠損させるとNK細胞の成熟が阻害され、成熟NK細胞段階でEomesを欠損させるとNK細胞の最終成熟が促進されることが分かりました。具体的な発見は以下の通りです： - EomesはNKPおよびCD27+CD11b-（CD27 SP）未熟NK細胞で高発現し、CD27+CD11b+（DP）およびCD27-CD11b+（CD11b SP）成熟NK細胞では発現が低下。 - 生体内でEomesを特異的に欠損させると、Eomes^f/f/CD122^Cre/+マウスのNK細胞の割合と絶対数が著しく減少し、脾臓や骨髄などの組織でCD3-NK1.1+ NK細胞の数が減少。 - Eomes欠損によるNK細胞発達阻害は、主にNKPから未熟NK細胞への移行段階で見られる。

2.2 EomesによるKlf2の調節が初期NK細胞発達に果たす役割

RNA-seqとChIP-seqデータは、EomesがKlf2のプロモーター領域に直接結合してその発現を調節することを示しました。Klf2の欠損はNK細胞の発達障害を引き起こし、Eomes欠損の表現型と類似していました： - Clonal immune editing (CHIME)とCRISPR技術により、Klf2の特定部位を編集すると、Eomes欠損と類似した表現型効果が生じることが確認されました。 - 定量的リアルタイムPCR（qRT-PCR）の結果、Eomes欠損マウスのNK細胞でKlf2の発現が著しく低下していることが示されました。

2.3 NK細胞の最終成熟におけるEomesとT-betの拮抗的調節

NK細胞の最終成熟段階では、EomesとT-betが互いに拮抗的に調節していることが分かりました： - ChIP-seqデータは、EomesがT-bet遺伝子に直接結合して抑制することを示し、一方T-betは下流のエフェクターZeb2を介してNK細胞の最終分化を促進することが分かりました。 - Eomes^f/f/NCR1^Cre/+マウスモデルでは、Eomes欠損によりNK細胞におけるT-betとZeb2の発現が上昇し、EomesによるT-bet抑制作用の解除を反映していました。

3. 研究の価値と意義

3.1 科学的価値

本研究は、NK細胞発達におけるEomesの時空的制御メカニズムを明らかにし、2種類の遺伝子改変マウスモデルを用いてEomesの異なる発達段階における作用を包括的に解析しました。この発見は、NK細胞発達過程における重要な転写因子の相互作用メカニズムの空白を埋めるものです。

3.2 応用価値

EomesによるNK細胞発達調節メカニズムの深い理解は、免疫療法やNK細胞関連疾患の治療に新たな視点を提供します。例えば、Eomes-Klf2経路やEomes-T-bet経路への介入が、NK細胞機能の促進や増殖の方法となる可能性があります。

3.3 研究のハイライトと革新性

• CD122-CreやNCR1-Cre遺伝子組み換えマウス、CRISPR技術など、複数の遺伝学的モデルを使用して、異なる発達段階におけるEomesの機能を詳細に解読しました。
• ChIP-seq、RNA-seqなど多様な技術を組み合わせて、Eomesの直接的な標的遺伝子とその転写調節ネットワークを系統的に分析しました。

四、まとめ

本研究の詳細な分析により、NK細胞発達過程におけるEomesの複雑かつ重要な役割が明らかになっただけでなく、免疫システムの発達と機能の研究に新たな視点が提供されました。EomesとT-betの時空的制御とその相互作用メカニズムは、将来の免疫療法戦略において新たな標的や方法を探索し、治療の精度と有効性を向上させる可能性があることを示唆しています。