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東邦大学理学部
生物分子科学科
永田研究室

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研究内容

[1]老化と自然免疫の関わり

死細胞の運命

生体内では様々な細胞が常に派生・分化もしくは細胞分裂し、次々と新たな細胞を産み出しています。またその一方で、それぞれの役目を終えた細胞や寿命を迎えた細胞は、アポトーシスに陥ります。このようなアポトーシス細胞は、マクロファージや樹状細胞などの貪食細胞により貪食除去されることによって生体内に蓄積されないように制御されています。この貪食除去は、アポトーシス細胞が生体内に出現すると直ちに行われており、アポトーシス細胞は二次的ネクローシス(後述)に陥ることなく、速やかに除去されています。アポトーシス細胞を生体に悪影響を及ぼすことなく何事もなく処理するこのメカニズムは、「silent clearance」と呼ばれ、一見、何の変哲もないこの営みは、生体の恒常性の維持に欠かせない重要な自然免疫システムの一つです。

死細胞の蓄積は、万病の元

一方、この「silent clearance」に破綻が生じると、アポトーシス細胞は生体内に残存してしまい、残存したアポトーシス細胞は、二次的にネクローシスに陥ってしまいます。ネクローシスに陥った細胞は、細胞膜の破壊に伴いDAMPsと呼ばれる分子群を含む細胞内容物を放出します。このDAMPsは、様々な細胞に働きかけ、炎症を引き起こすきっかけとなり、この炎症が多くの疾病の治癒遅延や悪化、さらには自己免疫疾患の原因になると考えられています。

健康に老いるために

最近私たちは、年をとった動物のマクロファージは、若い動物に比べてアポトーシス細胞を貪食する能力が低くなっていること、また老化した動物では、多くのアポトーシス細胞が生体内に残存し、ネクローシス細胞へと変化していることを明らかにしました(下図)。この研究成果は、年をとると死細胞に対する脅威に晒されやすいことを意味しています。この結果を受けて、私たちは、{1}老化するとなぜマクロファージの貪食能が低下するのか、{2}ネクローシス細胞により誘発される炎症を制御出来ないかについて研究を展開しており、自然免疫と老化との関わりを明らかにするとともに、健康に老いるためのヒントを模索しています。

[2]好中球による自然免疫応答活性化の仕組みの解明とその応用

アポトーシス細胞の貪食除去における好中球の役割を明確にするため、貪食巣に浸潤してきた好中球(以下浸潤好中球と記す)がどのようにマクロファージに働きかけ、どのように貪食除去を促進するのか、その分子機構を解明することによって自然免疫における好中球の新たな重要性を解き明かすことを目指す。具体的には以下に示すように、どのような好中球(亜集団)がマクロファージに働きかけ、活性化を助長するのかを解明するための好中球側からのアプローチと、好中球により活性化されたマクロファージは、どのような分子機構によりアポトーシス細胞の分解を迅速に遂行するのかを解明するためのマクロファージ側からのアプローチを中心的に考えている。
(好中球側からのアプローチ)
  • 近年多くの研究者により、好中球に亜集団が存在することが報告されている。そこで、どのような好中球亜集団が、マクロファージの貪食応答の活性化を促すことができるのかを調べることは、非常に興味深くかつ重要であると考えられる。実際には、浸潤好中球のGr-1、CD49d、CD11b、CXCR2、およびCXCR4などの細胞表面抗原の発現パターンを解析し、骨髄から調製した静止状態の好中球(以下静止好中球と記す)と比較検討する。
  • 申請者は、trans-wellを用いた予備実験により、浸潤好中球が何らかの液性因子を放出し、マクロファージの貪食応答活性化に関わっていることを示している。そこで浸潤好中球においてどのようなタンパク質成分・脂質成分が放出されているかを調べ、活性化を担う液性因子を突き止める。
  • 浸潤好中球が、実際にどのような仕組みにより活性化し、マクロファージ活性化能を獲得するのかを解明するために、静止好中球を浸潤好中球に活性化するモデルを構築する。実際には、chemotactic chamberを用いたtrans-endothelial migration法により活性化させたときの好中球のphenotypeおよび機能の変化を追っていく。
(マクロファージ側からのアプローチ)
  • マクロファージは、様々な消化酵素を用いて貪食したアポトーシス細胞を分解していく。申請者は、マクロファージに貪食されたアポトーシス細胞の状態としてDNAラダーを目安に解析したところ、マクロファージ単独よりも浸潤好中球共存下においてDNAラダーが早く消失することを明らかにしている(J. Immunol. 175:3475-3483, 2005) (13)。そこでまず、DNase Iの活性が直接この結果を反映しているのか、浸潤好中球存在下・非存在下におけるマクロファージ内のDNase I活性の変化について調べる。さらにDNase Iだけでなく、他の消化酵素の活性化についても調べ、浸潤好中球の有無によって左右されるアポトーシス細胞の分解の仕組みを突き止める。
  • マクロファージがアポトーシス細胞を貪食したとき、様々なシグナル伝達が起動する。そこでまず、マクロファージがアポトーシス細胞と接触したとき、貪食をしたとき、および分解をしたときの各段階においてどのような情報伝達が起動するか解析する。さらに、浸潤好中球が共存したときにこれらの情報伝達がどのように影響を受けるか調べ、浸潤好中球がマクロファージを活性化する分子機構を明らかにする。

[3]ネクローシス細胞が誘発する炎症応答の発症および終息におけるDAMPsの役割

アポトーシス細胞に対する生体の応答は、我々も含めた多くの研究者によって報告されているが、ネクローシス細胞に対する応答は、ほとんど報告がない。最近我々は、凍結融解によりネクローシスを誘導した白血病細胞P388細胞を腹腔内に投与するとしたき、MIP-2だけでなくKC (keratinocyte-derived chemokine)も強く誘導されることを明らかとし、このときの好中球の浸潤機構はアポトーシス細胞が貪食される場合と異なることを示した(Biochem. Biophys. Res. Commun. 361: 533-536, 2007)(7)。生体内で産み出されるもう一つの死細胞であるネクローシス細胞は、火傷など外傷により直接的に産み出される場合のほか、(たとえば、心筋梗塞や脳梗塞のような梗塞された組織内で)一時的に多量のアポトーシス細胞が体内で生じるとき、その貪食除去が追いつかず、残存したアポトーシス細胞が二次的にネクローシスに陥ることによっても間接的に産み出される。これらネクローシス細胞が産み出される状況では、強い炎症応答が認められ、外傷や疾病の治癒および予後の遅延に関わっていると考えられている。そして、この炎症応答の惹起にネクローシス細胞自体が関与すると推察されている。しかしながら、ネクローシス細胞に対する生体内応答に関する研究は、アポトーシス細胞に対する応答に比べて立ち後れているのが現状である。そこで本研究では、二次的に生じたネクローシス細胞が生体にどのような影響を及ぼすか明らかにする。