論文詳細01

トキソプラズマ症の発病を防ぐ最重要宿主防御因子GBPの同定
インターフェロン誘導性タンパクGBPは寄生虫「トキソプラズマ」を破壊する
A Cluster of Interferon-γ-Inducible p65 GTPases Plays a Critical Role in Host Defense against Toxoplasma gondii

Immunity Available online 12 July 2012 論文

概要

　今回の報告で我々は、インターフェロンにより誘導されるタンパク質であるGBP（p65 GTP分解酵素）が寄生虫「トキソプラズマ」を破壊することでトキソプラズマ症の発病を抑制している宿主防御因子であることを明らかにしました。

背景

　寄生虫「トキソプラズマ」はエイズや抗癌剤投与下にある免疫不全患者に致死性のトキソプラズマ症や妊婦に流産と新生児に水頭症を引き起こす先天性疾患の原因病原体です。我々ヒトを含む宿主はインターフェロンと呼ばれる分子を出すことでトキソプラズマ症の発病を抑えていること四半世紀前から分かっていましたが、インターフェロンが具体的にどのようにしてトキソプラズマを破壊するのか、そのメカニズムは不明でした。

研究の成果

　我々は、IFNγがマクロファージや線維芽細胞などの自然免疫担当細胞に作用して、約2000種類のエフェクター分子群の遺伝子発現を誘導することに着目しました。中にはトキソプラズマの寄生胞の周辺に集まってくるGBP（p65 ＧＴＰ分解酵素）と呼ばれる13個のファミリー分子群から形成されるエフェクター分子群があり、宿主の抗トキソプラズマ免疫応答に何らかの役割を果たしていることが考えられました。通常、ある特定の遺伝子の役割を調べたいという場合には一つの遺伝子を欠損させたマウスを作成して検討しますが、GBPの場合はそれぞれの遺伝子の相同性が非常に高く（つまり、よく似ているため）、一つの遺伝子を欠損させても非常に良く似た別のGBPファミリー分子がその機能を補う（相補する）ことが予想されました。そこで当研究グループではGBPファミリー分子が6個と7個に分かれて異なる染色体上の非常に狭い領域に隣り合って存在することを利用して、染色体工学的手法を用いて3番染色体上に存在する全てのGBP（6個）のGBPファミリー分子を欠損するマウス（GBPchr3欠損マウス）の作製し解析しました。

　GBPchr3欠損マウスと野生型マウスにトキソプラズマを感染させ生存率を測定した所、GBPchr3欠損マウスはトキソプラズマ感染に対して非常に弱くなっていることが分かりました（図１A）。また感染マウス内でのトキソプラズマの感染拡大を、トキソプラズマから出る発光を指標に生体イメージング装置を使って検討したところ、GBPchr3欠損マウス内では野生型マウスと比べて劇的にトキソプラズマが増殖していることが分かりました（図１Ｂ）。次にトキソプラズマが生体内で感染している細胞であるマクロファージと呼ばれる自然免疫細胞を単離して、トキソプラズマを感染させその増殖を検討しました。ＩＦＮγで野生型マクロファージを処理すると濃度依存的にトキソプラズマの増殖が抑制されますが、GBPchr3欠損マクロファージではＩＦＮγによるトキソプラズマの増殖を野生型細胞と比較して抑制できないことを見出しました（図１Ｃ）。このことから、ＩＦＮγによって誘導されるGBPchr3は自然免疫細胞マクロファージ内でトキソプラズマ増殖を妨げることが、生体レベルでのトキソプラズマに対する感染防御反応に重要であることが分かりました。

　では、ＧＢＰを欠損したマクロファージでは何故トキソプラズマの増殖を抑制できないのでしょうか？その問題を解決するために研究グループは電子顕微鏡を使って、感染細胞内でのトキソプラズマの状態を検討しました。その結果、ＩＦＮγで刺激した野生型マクロファージ内ではトキソプラズマの寄生胞の膜が激しく波打ち、その構造が著しく破壊されていました(図２Ａ)。一方、GBPchr3欠損マクロファージ内ではＩＦＮγ処理をしてもそのような寄生胞膜の構造変化は認められませんでした(図２Ｂ)。このことから、ＧＢＰはマクロファージ内でトキソプラズマの寄生胞の膜構造を破壊する機能があることが分かりました。

　ではどのようにしてＧＢＰはトキソプラズマの寄生胞膜を破壊することができるのでしょうか？以前から寄生胞膜の破壊についての機能が示唆されていたＧＢＰとは別のファミリー分子群であるp47 GTP分解酵素（ＩＲＧ）の動態について、野生型及びGBPchr3欠損マクロファージで比較しました。すると、野生型細胞ではＩＲＧがトキソプラズマに蓄積するのに対して、GBPchr3欠損マクロファージではＩＲＧの蓄積が著しく減少していることが分かりました（図３Ａ）。またＧＢＰとＩＲＧの局在について野生型マクロファージ内で検討したところどちらもトキソプラズマに蓄積し、さらにＧＢＰはＩＲＧに結合していることも分かりました（図３Ｂ）。これらのことから、ＧＢＰはＩＲＧをトキソプラズマに蓄積させることでその寄生胞膜を破壊し増殖を阻害していることが示唆されました（図４）。

今後の期待

　今回の研究により、ＩＦＮγによって誘導される抗トキソプラズマ感染防御機構にＧＢＰが重要な役割を果たしていることを明らかにしました。このことから、人為的にＧＢＰの機能を高めることにより、我が国で症例報告が急増しているトキソプラズマ症に対する新たな治療戦略を提供できることが期待できます。

　寄生胞はトキソプラズマに限らずマラリア原虫においても形成されることを考えると、ＧＢＰがマラリア原虫感染防御に関与する可能性は非常に高く、マラリア症の発病におけるＧＢＰの役割の解明は最も重要な今後の研究課題です。またＧＢＰは様々な癌において高い発現が認められることが多数報告されており、感染下ではない異常な状態でのＧＢＰの存在が引き起こす疾患の病理機構の解明に、研究グループが染色体工学により作り出したＧＢＰ欠損マウスが非常に有用であると考えられます。

図1　GBPchr3を欠損したマウス及び細胞はトキソプラズマ感染に弱くなる

図2　GBPchr3を欠損した細胞では寄生胞膜の構造変化が認められない

図3　GBPchr3を欠損した細胞ではIRGのトキソプラズマへの蓄積が低下している

図4　今回明らかとなったインターフェロン誘導性タンパクＧＢＰを介する抗トキソプラズマ感染防御機構

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