ネオ・セルフ: ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体による新たな自己免疫疾患発症機構
概要
自己免疫疾患は、自己分子に対する抗体（自己抗体）等が自己組織を誤って攻撃してしまうことで生じる疾患です。しかし、なぜ自己免疫疾患で自己抗体が産生されるかは、依然として明らかでありません。主要組織適合抗原 *1(Major Histocompatibility Complex, MHC; Human Leukocyte Antigen, HLA)は、細胞内外のタンパク質が細胞内でペプチドに分解されたものを細胞表面に輸送してT細胞に抗原として提示することで、免疫応答の中心を担っています。一方で、MHCは、自己免疫疾患の罹りやすさに最も影響を与える原因遺伝子として知られていますが、主要組織適合抗原がどのように自己免疫疾患を引き起こすかも明らかでありませんでした。 本研究では、通常は速やかに分解されてしまう細胞内のミスフォールド蛋白質（変性蛋白質）が、MHCクラスII分子によって細胞外へ誤って輸送されてしまい、そのミスフォールド蛋白質が自己抗体の標的分子であることを世界で初めて明らかにしました。つまり、MHCクラスII分子が細胞内のミスフォールド蛋白質を自己応答性のB細胞に提示することが自己免疫疾患の原因であると考えられました（図1）。
図1 MHCクラスII分子による新たな免疫疾患発症機構
実際に、関節リウマチ患者の血液を解析すると、MHCクラスII分子によって細胞外へ運ばれたミスフォールド蛋白質に対する特異的な自己抗体が認められることが判明しました。さらに、ミスフォールド蛋白質と結合しやすいMHCクラスII分子を持っているヒトは持っていないヒトに比べて10倍以上も関節リウマチになりやすいことを発見しました。これらの結果から、MHCクラスII分子によって細胞外へ輸送されてしまった細胞内のミスフォールド蛋白質が、異常な自己抗原「ネオ・セルフ」として自己免疫疾患の発症に関与していることが判明しました(Jin et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2014）。
本研究成果は、今後、多くの自己免疫疾患の治療薬や診断薬の開発に貢献することが期待され、Science誌でも新たな自己免疫疾患の発症メカニズム"Rheumatoid Rescue"として紹介されております(Hurtley, Science 2014)。
本研究の背景
自己免疫疾患は、自己に対する抗体等が自己組織を誤って攻撃してしまうことで生じる疾患です。MHCは、非常に多様性に富む分子で、それぞれの個人で異なる組み合わせを持っており、どのMHCを持っているかで、自己免疫疾患の感受性が決定される最も重要な分子です。MHCはペプチド抗原をT細胞に提示することから、自己免疫疾患の原因はT細胞の異常だと長年考えられてきましたが、依然として、自己免疫疾患の原因は明らかになっていません（図2）。
図2 従来考えられてきた自己免疫疾患の発症機序
関節リウマチは、免疫機構が関節を破壊してしまう自己免疫疾患で、人口の約1%が罹患する最も頻度の高い代表的な自己免疫疾患です。関節リウマチ患者の血液には、様々な自己抗体が認められます。自己抗体は関節リウマチの発症に直接関与している一方、関節リウマチの診断にも使われています。リウマチ因子*2は、変性した抗体に対する自己抗体であり、関節リウマチ患者の約8割が陽性であることから、50年以上前から関節リウマチの診断に使われています。しかし、関節症状のない他の自己免疫疾患および正常人でも陽性になることがあります。また、変性した抗体は生体内に存在しないため、リウマチ因子が本来何を認識する自己抗体なのか、なぜ関節リウマチで陽性になるかは不明でした。
本研究の内容
MHCクラスII分子がリウマチ因子の変性抗体の認識に関わっているかを調べるために、ヒト抗体重鎖遺伝子と共にヒトMHCクラスII遺伝子をヒト細胞に遺伝子導入しました。抗体は軽鎖と重鎖から成るため、重鎖のみでは変性して細胞外に輸送されることはありません。ところが、MHCクラスII分子が存在すると、抗体重鎖がMHCクラスII分子と結合して細胞表面に出現することが判明しました。さらに、この変性抗体重鎖とMHCクラスII分子複合体は関節リウマチ患者血液中の自己抗体に認識されることが判明しました（図2）。
図3 関節リウマチ患者の自己抗体は、MHCクラスII分子によって
細胞外へ輸送された変性抗体重鎖を認識する
さらに多くの関節リウマチ患者の血液を調べてみると、今まで診断に使われてきたリウマチ因子の値と変性抗体/MHCクラスII分子複合体に対する抗体量は強く相関しました（図4）。
図4 変性抗体/MHCクラスII分子複合体は、関節リウマチで産生される
自己抗体の特異的な標的分子である
ところが、関節症状のない他の自己免疫疾患および正常人血清を解析してみると、リウマチ因子陽性の血液でも変性抗体/MHCクラスII分子複合体に対する抗体は認められませんでした。以上より、今まで診断に使われてきたリウマチ因子と比べて、変性抗体/MHCクラスII分子複合体は、関節リウマチ患者に特異的な自己抗体の標的であることが判明しました。
次に変性抗体/MHCクラスII分子複合体が、実際に関節リウマチ患者の関節滑膜に存在するかどうかを関節リウマチ患者の滑膜組織を用いてPLA法*3で解析しました。その結果、変性抗体/MHCクラスII分子複合体が関節リウマチ患者の関節滑膜に存在するが、自己免疫疾患ではない変形性関節症の患者の関節滑膜には存在しないことが判明しました（図5）。
図5 変性抗体/MHCクラスII分子複合体が、関節リウマチ患者の関節滑膜に認められる
従って、変性抗体/MHCクラスII分子複合体が関節リウマチ患者の関節滑膜で産生され、それが自己抗体の標的になっていると考えられました。
最後に、変性抗体/MHCクラスII分子複合体が関節リウマチの発症に関わっているかを調べました。関節リウマチの罹りやすさはMHCクラスIIの遺伝型（アリル）によって決定されることが知られています。例えばヒトMHCクラスＩＩの一つであるHLA-DR4を持っているヒトは、HLA-DR3を持っているヒトより約10倍以上も関節リウマチに罹りやすくなります。そこで、抗体重鎖と種々のHLA-DRとの複合体に対する自己抗体の結合性を解析しました。その結果、それぞれのHLA-DRを持っているヒトの関節リウマチの罹りやすさ（オッズ比）と変性抗体/HLA-DR複合体に対する自己抗体の結合性は、非常に高い相関を示すことが判明しました（相関係数0.81、危険率0.000046）（図6）。
図6 変性抗体/MHCクラスII分子複合体に対する自己抗体の結合は関節リウマチの感受性（罹りやすさ）と強い相関
つまり、関節リウマチに罹りやすい主要組織適合抗原を持っているヒトは、自己抗体の標的抗原が産生されやすいことになります。以上の結果より、変性抗体/MHCクラスII分子複合体が自己抗体の標的として関節リウマチの発症に関わっていると考えられました。
本研究の成果
細胞内では正常蛋白質ばかりでなく、うまく折りたためられなかったミスフォールド蛋白質も常に作られています。しかし、そのようなミスフォールド蛋白質は細胞内で速やかに分解されてしまい細胞外に運ばれることはありません。ところが、本研究によって細胞内のミスフォールド蛋白質が自己免疫疾患に感受性のMHCクラスII分子と結合すると、ミスフォールド蛋白質がMHCクラスII分子によって細胞外に輸送され、それが異物として自己抗体の標的になることが判明しました（図7）。
図7 今回明らかになった新たな自己免疫疾患の発症機序
本研究の意義
本研究により、ミスフォールド蛋白質とMHCクラスII分子との分子複合体が自己抗体の標的として、関節リウマチの発症に関わっていることが明らかになりました。他の自己免疫疾患においても同様にミスフォールド蛋白質とMHCクラスII分子との複合体が自己抗体の標的になっていると思われます（論文投稿中）。従って、ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体は様々な自己免疫疾患の治療薬開発のための標的分子だと思われます。また、ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体に特異的な自己抗体が産生されることから、MHCクラスII分子とミスフォールド蛋白質との複合体は自己抗体の検出にも有用であり、自己免疫疾患の診断にも役立ちます。今後、様々な自己免疫疾患でのミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体の研究を進めることによって、自己免疫疾患の病因解明が期待されます。
用語解説
*1:主要組織適合抗原（Major Histocompatibility Complex, MHC; Human Leukocyte Antigen, HLA)
主要組織抗原は非常に多様性に富む分子であり、基本的に全てのヒトが異なる主要組織適合抗原を持っている。Ｔ細胞にペプチド抗原を提示する（図１）ことで、免疫応答の中心を担っている分子である。クラスＩとクラスＩＩがあり、クラスＩＩはヘルパーＴ細胞に抗原を提示することで、Ｂ細胞の抗体産生に関与していると考えられている。また、ヒトのクラスＩＩはＨＬＡ－ＤＲとも呼ばれている。一方、主要組織適合抗原は、以前より自己免疫疾患の発症に最も関与した分子であることが知られており、最近の全ゲノム解析によっても、主要組織抗原が最も強く自己免疫疾患の感受性に関与した遺伝子であることが確認された。しかし、なぜ特定の主要組織適合抗原を持っていると特定の自己免疫疾患になりやすいかは、依然として明らかになっていなかった。
*2:リウマチ因子
最も昔から知られている自己抗体の一つであり、変性した抗体に対する自己抗体である。約８割の関節リウマチの患者で陽性になり、現在でも関節リウマチの検査に使われている。しかし、関節症状のない他の疾患や健常人でも陽性になることがある。しかし、変性した抗体は通常生体内に存在しないため、どのような抗原がリウマチ因子を誘導するのか、なぜ、関節リウマチの陽性率が高くなるのかが明らかになっていない。
*3:PLA法(Proximity Ligation Assay)
組織や細胞内での分子間相互作用を検出する方法。40nm以下の分子間の近接を検出することができる。
掲載論文・雑誌
ネオ・セルフ: ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体による新たな自己免疫疾患発症機構
概要
自己免疫疾患は、自己分子に対する抗体（自己抗体）等が自己組織を誤って攻撃してしまうことで生じる疾患です。しかし、なぜ自己免疫疾患で自己抗体が産生されるかは、依然として明らかでありません。主要組織適合抗原 *1(Major Histocompatibility Complex, MHC; Human Leukocyte Antigen, HLA)は、細胞内外のタンパク質が細胞内でペプチドに分解されたものを細胞表面に輸送してT細胞に抗原として提示することで、免疫応答の中心を担っています。一方で、MHCは、自己免疫疾患の罹りやすさに最も影響を与える原因遺伝子として知られていますが、主要組織適合抗原がどのように自己免疫疾患を引き起こすかも明らかでありませんでした。 本研究では、通常は速やかに分解されてしまう細胞内のミスフォールド蛋白質（変性蛋白質）が、MHCクラスII分子によって細胞外へ誤って輸送されてしまい、そのミスフォールド蛋白質が自己抗体の標的分子であることを世界で初めて明らかにしました。つまり、MHCクラスII分子が細胞内のミスフォールド蛋白質を自己応答性のB細胞に提示することが自己免疫疾患の原因であると考えられました（図1）。
図1 MHCクラスII分子による新たな免疫疾患発症機構
実際に、関節リウマチ患者の血液を解析すると、MHCクラスII分子によって細胞外へ運ばれたミスフォールド蛋白質に対する特異的な自己抗体が認められることが判明しました。さらに、ミスフォールド蛋白質と結合しやすいMHCクラスII分子を持っているヒトは持っていないヒトに比べて10倍以上も関節リウマチになりやすいことを発見しました。これらの結果から、MHCクラスII分子によって細胞外へ輸送されてしまった細胞内のミスフォールド蛋白質が、異常な自己抗原「ネオ・セルフ」として自己免疫疾患の発症に関与していることが判明しました(Jin et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2014）。
本研究成果は、今後、多くの自己免疫疾患の治療薬や診断薬の開発に貢献することが期待され、Science誌でも新たな自己免疫疾患の発症メカニズム"Rheumatoid Rescue"として紹介されております(Hurtley, Science 2014)。
本研究の背景
自己免疫疾患は、自己に対する抗体等が自己組織を誤って攻撃してしまうことで生じる疾患です。MHCは、非常に多様性に富む分子で、それぞれの個人で異なる組み合わせを持っており、どのMHCを持っているかで、自己免疫疾患の感受性が決定される最も重要な分子です。MHCはペプチド抗原をT細胞に提示することから、自己免疫疾患の原因はT細胞の異常だと長年考えられてきましたが、依然として、自己免疫疾患の原因は明らかになっていません（図2）。
図2 従来考えられてきた自己免疫疾患の発症機序
関節リウマチは、免疫機構が関節を破壊してしまう自己免疫疾患で、人口の約1%が罹患する最も頻度の高い代表的な自己免疫疾患です。関節リウマチ患者の血液には、様々な自己抗体が認められます。自己抗体は関節リウマチの発症に直接関与している一方、関節リウマチの診断にも使われています。リウマチ因子*2は、変性した抗体に対する自己抗体であり、関節リウマチ患者の約8割が陽性であることから、50年以上前から関節リウマチの診断に使われています。しかし、関節症状のない他の自己免疫疾患および正常人でも陽性になることがあります。また、変性した抗体は生体内に存在しないため、リウマチ因子が本来何を認識する自己抗体なのか、なぜ関節リウマチで陽性になるかは不明でした。
本研究の内容
MHCクラスII分子がリウマチ因子の変性抗体の認識に関わっているかを調べるために、ヒト抗体重鎖遺伝子と共にヒトMHCクラスII遺伝子をヒト細胞に遺伝子導入しました。抗体は軽鎖と重鎖から成るため、重鎖のみでは変性して細胞外に輸送されることはありません。ところが、MHCクラスII分子が存在すると、抗体重鎖がMHCクラスII分子と結合して細胞表面に出現することが判明しました。さらに、この変性抗体重鎖とMHCクラスII分子複合体は関節リウマチ患者血液中の自己抗体に認識されることが判明しました（図2）。
図3 関節リウマチ患者の自己抗体は、MHCクラスII分子によって
細胞外へ輸送された変性抗体重鎖を認識する
さらに多くの関節リウマチ患者の血液を調べてみると、今まで診断に使われてきたリウマチ因子の値と変性抗体/MHCクラスII分子複合体に対する抗体量は強く相関しました（図4）。
図4 変性抗体/MHCクラスII分子複合体は、関節リウマチで産生される
自己抗体の特異的な標的分子である
ところが、関節症状のない他の自己免疫疾患および正常人血清を解析してみると、リウマチ因子陽性の血液でも変性抗体/MHCクラスII分子複合体に対する抗体は認められませんでした。以上より、今まで診断に使われてきたリウマチ因子と比べて、変性抗体/MHCクラスII分子複合体は、関節リウマチ患者に特異的な自己抗体の標的であることが判明しました。
次に変性抗体/MHCクラスII分子複合体が、実際に関節リウマチ患者の関節滑膜に存在するかどうかを関節リウマチ患者の滑膜組織を用いてPLA法*3で解析しました。その結果、変性抗体/MHCクラスII分子複合体が関節リウマチ患者の関節滑膜に存在するが、自己免疫疾患ではない変形性関節症の患者の関節滑膜には存在しないことが判明しました（図5）。
図5 変性抗体/MHCクラスII分子複合体が、関節リウマチ患者の関節滑膜に認められる
従って、変性抗体/MHCクラスII分子複合体が関節リウマチ患者の関節滑膜で産生され、それが自己抗体の標的になっていると考えられました。
最後に、変性抗体/MHCクラスII分子複合体が関節リウマチの発症に関わっているかを調べました。関節リウマチの罹りやすさはMHCクラスIIの遺伝型（アリル）によって決定されることが知られています。例えばヒトMHCクラスＩＩの一つであるHLA-DR4を持っているヒトは、HLA-DR3を持っているヒトより約10倍以上も関節リウマチに罹りやすくなります。そこで、抗体重鎖と種々のHLA-DRとの複合体に対する自己抗体の結合性を解析しました。その結果、それぞれのHLA-DRを持っているヒトの関節リウマチの罹りやすさ（オッズ比）と変性抗体/HLA-DR複合体に対する自己抗体の結合性は、非常に高い相関を示すことが判明しました（相関係数0.81、危険率0.000046）（図6）。
図6 変性抗体/MHCクラスII分子複合体に対する自己抗体の結合は関節リウマチの感受性（罹りやすさ）と強い相関
つまり、関節リウマチに罹りやすい主要組織適合抗原を持っているヒトは、自己抗体の標的抗原が産生されやすいことになります。以上の結果より、変性抗体/MHCクラスII分子複合体が自己抗体の標的として関節リウマチの発症に関わっていると考えられました。
本研究の成果
細胞内では正常蛋白質ばかりでなく、うまく折りたためられなかったミスフォールド蛋白質も常に作られています。しかし、そのようなミスフォールド蛋白質は細胞内で速やかに分解されてしまい細胞外に運ばれることはありません。ところが、本研究によって細胞内のミスフォールド蛋白質が自己免疫疾患に感受性のMHCクラスII分子と結合すると、ミスフォールド蛋白質がMHCクラスII分子によって細胞外に輸送され、それが異物として自己抗体の標的になることが判明しました（図7）。
図7 今回明らかになった新たな自己免疫疾患の発症機序
本研究の意義
本研究により、ミスフォールド蛋白質とMHCクラスII分子との分子複合体が自己抗体の標的として、関節リウマチの発症に関わっていることが明らかになりました。他の自己免疫疾患においても同様にミスフォールド蛋白質とMHCクラスII分子との複合体が自己抗体の標的になっていると思われます（論文投稿中）。従って、ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体は様々な自己免疫疾患の治療薬開発のための標的分子だと思われます。また、ミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体に特異的な自己抗体が産生されることから、MHCクラスII分子とミスフォールド蛋白質との複合体は自己抗体の検出にも有用であり、自己免疫疾患の診断にも役立ちます。今後、様々な自己免疫疾患でのミスフォールド蛋白質/MHCクラスII分子複合体の研究を進めることによって、自己免疫疾患の病因解明が期待されます。
用語解説
*1:主要組織適合抗原（Major Histocompatibility Complex, MHC; Human Leukocyte Antigen, HLA)
主要組織抗原は非常に多様性に富む分子であり、基本的に全てのヒトが異なる主要組織適合抗原を持っている。Ｔ細胞にペプチド抗原を提示する（図１）ことで、免疫応答の中心を担っている分子である。クラスＩとクラスＩＩがあり、クラスＩＩはヘルパーＴ細胞に抗原を提示することで、Ｂ細胞の抗体産生に関与していると考えられている。また、ヒトのクラスＩＩはＨＬＡ－ＤＲとも呼ばれている。一方、主要組織適合抗原は、以前より自己免疫疾患の発症に最も関与した分子であることが知られており、最近の全ゲノム解析によっても、主要組織抗原が最も強く自己免疫疾患の感受性に関与した遺伝子であることが確認された。しかし、なぜ特定の主要組織適合抗原を持っていると特定の自己免疫疾患になりやすいかは、依然として明らかになっていなかった。
*2:リウマチ因子
最も昔から知られている自己抗体の一つであり、変性した抗体に対する自己抗体である。約８割の関節リウマチの患者で陽性になり、現在でも関節リウマチの検査に使われている。しかし、関節症状のない他の疾患や健常人でも陽性になることがある。しかし、変性した抗体は通常生体内に存在しないため、どのような抗原がリウマチ因子を誘導するのか、なぜ、関節リウマチの陽性率が高くなるのかが明らかになっていない。
*3:PLA法(Proximity Ligation Assay)
組織や細胞内での分子間相互作用を検出する方法。40nm以下の分子間の近接を検出することができる。