JP2006187247A - New immunocyte control/differentiation factor gene search method utilizing transduction of gene into pax5-defected pro cell b, and utilization of the method for function elucidation and immunotherapy of rac1 and erk5 - Google Patents

New immunocyte control/differentiation factor gene search method utilizing transduction of gene into pax5-defected pro cell b, and utilization of the method for function elucidation and immunotherapy of rac1 and erk5 Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new immunocyte control/differentiation factor gene search method utilizing the transduction of a gene into a Pax5-defected pro cell B, and to provide a utilization for the function elucidation and immunotherapy of Rac1 and ERK5 by the method. <P>SOLUTION: This new immunocyte control/differentiation factor gene search method utilizing the transduction of a gene into a Pax5-defected pro cell B is established to obtain a new cell T reconstruction test system, and the function of Rac1, ERK5 and the like are elucidated by the utilization of the test system. Thereby, the method can be utilized for the immunotherapy. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、T細胞分化障害のあるRAG2欠損マウス等のRAG2欠損動物に、Pax5欠損プロB細胞(Rolink, A.G. et al., 1999, Nature 401:603‐606)に種々の機能未知遺伝子を導入発現した細胞を注入して確立した新規のT細胞再構築試験系、新規T細胞分化遺伝子、およびそれを利用したRac1およびERK5等の新規機能遺伝子と免疫治療への利用に関する。   The present invention introduces various function-unknown genes into Pax5-deficient pro-B cells (Rolink, AG et al., 1999, Nature 401: 603-606) into RAG2-deficient animals such as RAG2-deficient mice with T cell differentiation disorders. The present invention relates to a novel T cell reconstitution test system established by injecting expressed cells, a novel T cell differentiation gene, a novel functional gene such as Rac1 and ERK5 and the use thereof for immunotherapy.

Pax5欠損プロB細胞およびPax5欠損プロB細胞への遺伝子導入を利用した新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法に関しては、先行特許文献を見い出せなかった。Pax5欠損プロB細胞およびPax5欠損プロB細胞への遺伝子導入を利用した新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法を利用したRac1およびERK5の機能解明と免疫治療への利用に関する先行特許文献も見い出せなかった。   Regarding a novel immune cell control / differentiation factor gene search method using Pax5-deficient pro-B cells and gene introduction into Pax5-deficient pro-B cells, no prior patent document could be found. There is no prior patent document on the elucidation of the functions of Rac1 and ERK5 using Pax5-deficient pro-B cells and the novel immune cell control / differentiation factor gene search method using gene transfer to Pax5-deficient pro-B cells and use for immunotherapy. It was.

Pax5欠損プロB細胞への遺伝子導入を利用した新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法と、それを利用したRac1およびERK5の機能解明と免疫治療への利用が、本発明の課題である。   A novel immune cell control / differentiation factor gene search method using gene transfer into Pax5-deficient pro-B cells, and elucidation of the functions of Rac1 and ERK5 using it and its use for immunotherapy are the subject of the present invention.

本発明は、Pax5欠損プロB細胞に機能未知遺伝子を導入し、発現した細胞をRAG2欠損動物に注入する、新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法に関するものである。動物に関しては特に制限はないが、マウス由来のPax5欠損プロB細胞を用いるのが好ましい。また、Pax5欠損プロB細胞に機能未知遺伝子を導入し、発現した細胞をRAG2欠損動物に注入して作製した新規なT細胞再構築試験系も本発明の範囲に含まれるものであり、動物に関しては特に制限はないが、マウス由来のPax5欠損プロB細胞を用いるのが好ましい。請求項3または4に記載の新規なT細胞再構築試験系を用いて得られた、Pax5欠損プロB細胞への遺伝子導入を利用した新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法の利用により解明された新規機能を有するRac1およびERK5を用いて、Pax5欠損プロB細胞への遺伝子導入を利用した新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法の免疫治療への利用が可能である。   The present invention relates to a novel immune cell control / differentiation factor gene search method in which a gene with unknown function is introduced into Pax5-deficient pro-B cells and the expressed cells are injected into RAG2-deficient animals. There are no particular restrictions on animals, but it is preferable to use mouse-derived Pax5-deficient pro-B cells. In addition, a novel T cell reconstitution test system prepared by introducing a gene with unknown function into Pax5-deficient pro-B cells and injecting the expressed cells into RAG2-deficient animals is also included in the scope of the present invention. Although there is no particular limitation, it is preferable to use mouse-derived Pax5-deficient pro-B cells. It was elucidated by using a novel immune cell control / differentiation factor gene search method using gene transfer into Pax5-deficient pro-B cells obtained using the novel T cell reconstitution test system according to claim 3 or 4. Using Rac1 and ERK5 having a novel function, a novel immune cell control / differentiation factor gene search method using gene transfer into Pax5-deficient pro-B cells can be used for immunotherapy.

RAG2欠損マウスは、免疫担当細胞のT細胞、B細胞の分化機能が欠失しており、Pax5欠損マウス由来プロB細胞(造血幹細胞に似た性質を持つ培養細胞であり、RAG2遺伝子欠損マウスに移入することにより、B細胞以外のすべての造血系細胞へ分化する能力を持つ)に種々の機能未知遺伝子を導入発現した細胞をRAG2欠損マウスに注入して、新規のT細胞再構築試験系を確立した。この試験系を利用して、Rac1やERK5などの制御因子のT細胞分化における機能の解明を行なった。   RAG2-deficient mice lack the differentiation function of T cells and B cells of immunocompetent cells, and are pro-B cells derived from Pax5-deficient mice (cultured cells with properties similar to hematopoietic stem cells. Introduced into RAG2-deficient mice cells with various functions unknown genes introduced into RAG2-deficient mice (with the ability to differentiate into all hematopoietic cells other than B cells) Established. Using this test system, the functions of regulatory factors such as Rac1 and ERK5 in T cell differentiation were elucidated.

Pax5欠損プロB細胞への遺伝子導入を利用した新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法を用いて、Rac1遺伝子がT細胞の胸腺でのCD4/CD8ダブルポジティブ細胞から、CD4またはCD8ポジティブ細胞(特にCD4)へのポジティブ セレクションに必要であることを解明した。今後、免疫機能不全や自己免疫疾患の治療薬標的遺伝子の探索技術として有用な方法となり、今回みつかった遺伝子も、免疫機能不全の治療薬標的となり得る。   Using a novel immune cell control / differentiation factor gene search method using gene transfer to Pax5-deficient pro-B cells, the Rac1 gene is changed from CD4 / CD8 double positive cells in the thymus of T cells to CD4 or CD8 positive cells (especially It was clarified that it is necessary for positive selection to CD4). In the future, this method will be useful as a technique for searching for target genes for therapeutic agents for immune dysfunction and autoimmune diseases, and the genes found this time can be targets for therapeutic agents for immune dysfunction.

ERK5は、転写因子であるMEF2CおよびMEF2Dをリン酸化するが、MEF2Dは神経および血管系のみならず胸腺細胞にも発現しており、T細胞の負の選択において中心的な役割果たすNur77の発現を調節している。従って、ERK5は循環器系のみならず、未熟T細胞の選択過程において重要な働きをしている可能性が考えられる。負の選択は、自己反応性のT細胞を排除する重要なプロセスであり、拡張型心筋症のような自己免疫性の疾患の発症機序にも関与している可能性が考えられる。本発明においては、T細胞の分化過程、特に負の選択に着目して、ERK5の機能の検討を行なった。優性不能型ERK5遺伝子を過剰発現した胸腺においては、成熟CD4 T細胞および選択後のCD4/CD8ダブル陽性細胞が増加していた。ERK5は、ERK、JNK、p38に続く第4のMAPキナーゼカスケードの一員であり、右心室の形成、血管形成や血管平滑筋の分化に重要であることが知られている。これらの結果から、ERK5が胸腺において負の選択のシグナル伝達に関与していることが示唆された。   ERK5 phosphorylates the transcription factors MEF2C and MEF2D, but MEF2D is expressed not only in the nerve and vascular system but also in thymocytes, and the expression of Nur77 plays a central role in the negative selection of T cells. It is adjusting. Therefore, ERK5 may play an important role not only in the circulatory system but also in the selection process of immature T cells. Negative selection is an important process that eliminates autoreactive T cells and may be involved in the pathogenesis of autoimmune diseases such as dilated cardiomyopathy. In the present invention, the function of ERK5 was examined focusing on the differentiation process of T cells, particularly negative selection. In the thymus overexpressing the dominant-incapable ERK5 gene, mature CD4 T cells and CD4 / CD8 double positive cells after selection increased. ERK5 is a member of the fourth MAP kinase cascade following ERK, JNK, and p38, and is known to be important for right ventricle formation, angiogenesis, and vascular smooth muscle differentiation. These results suggested that ERK5 is involved in negative selection signaling in the thymus.

本発明により、Pax5欠損プロB細胞への遺伝子導入を利用した新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法と、それを利用したRac1およびERK5の機能解明と免疫治療への利用が可能となった。   According to the present invention, a novel immune cell control / differentiation factor gene search method using gene transfer into Pax5-deficient pro-B cells, and the elucidation of the functions of Rac1 and ERK5 using the method and use for immunotherapy have become possible.

T細胞発生(T cell development)におけるRac1の機能を研究するために、Pax5欠損プロB細胞(Rolink,A.G.et al.,1999,Nature 401:603‐606)を用いる、新規に開発された試験系を用いた。Pax5は、BLNK(Schebesta,M.et al.,2002,Immunity 17:473−485, Schebesta,M.et al.,2002,Curr Opin Immunol 14:216-223)のようなB‐lineage特異的遺伝子の発現を促進することにより、また同時にNotch-1(Souabni,A.et al.,2002,Immunity 17:781‐793)のようなノンBリンフォイド遺伝子群(non‐B‐lymphoid genes)の転写を抑制することにより、Pax5はB細胞系コミットメントのためのクリティカルな転写因子(a critical transcription factor for B‐lineage commitment)として機能する。Pax5を欠損しているプロB細胞はB細胞に分化する能力を欠失しているが、Pax5欠損プロB細胞はコミットメントされないままであり、RAG-/- マウス(Nutt,S.L.et al.,1999,Nature 401:556-562,Schaniel,C.et al.,2002,Blood 99:472‐478)にトランスファーした時には、T細胞、NK細胞、マクロファージ(macrophage)、顆粒球(granulocyte)、樹状細胞(dendritic cell)および赤血球(erythrocyte)を含む多系統の造血系細胞(hematopoietic cells)を再構成することができる。Pax5-/-プロB細胞は、多能性(pluripotency)を失うことなく、長期間にわたるインビトロ培養が可能であるため、これらの細胞は、T細胞分化の分析用の新たに調製された血液幹細胞に優る大きな利点を有している。発明者らは、Rac1変異遺伝子をPax5-/-プロB細胞に導入し、ピューロマイシン(puromycin)で選抜し、GFP(Green Fluorescent Protein)の発現が高い細胞をソートして、多数の試験用のストックとして凍結保存を行なった。レトロウイルスのインサーションによる特定の遺伝子の破壊に起因するアーティファクトを回避するため、個々の細胞クローンではなく、トランスデュースト セル ライン(transduced cell lines)を用いた。図1に示したように、CD45.2+ Pax5-/-プロB由来の胸腺細胞が、インジェクション後3−4週間で、CD45.1+ RAG2-/-胸腺において完全に発生していた。 In order to study the function of Rac1 in T cell development, a newly developed test system using Pax5-deficient pro-B cells (Rolink, AGet al., 1999, Nature 401: 603-606) Using. Pax5 is a B-lineage specific gene such as BLNK (Schebesta, M. et al., 2002, Immunity 17: 473-485, Schebesta, M. et al., 2002, Curr Opin Immunol 14: 216-223). Transcription of non-B-lymphoid genes such as Notch-1 (Souabni, A. et al., 2002, Immunity 17: 781-793) By repressing, Pax5 functions as a critical transcription factor for B-lineage commitment. Pro B cells deficient in Pax5 lack the ability to differentiate into B cells, but Pax5 deficient pro B cells remain uncommitted, RAG − / − mice (Nutt, SL et al., 1999, Nature 401: 556-562, Schaniel, C. et al., 2002, Blood 99: 472-478), T cells, NK cells, macrophages, granulocytes, dendritic cells ( Multiple lineage of hematopoietic cells including dendritic cells and erythrocytes can be reconstituted. Since Pax5 − / − pro B cells can be cultured in vitro for a long time without loss of pluripotency, these cells are freshly prepared blood stem cells for analysis of T cell differentiation It has a great advantage over The inventors introduced a Rac1 mutant gene into Pax5 − / − pro B cells, selected with puromycin, sorted cells with high expression of GFP (Green Fluorescent Protein), and used for many tests. Cryopreserved as a stock. Instead of individual cell clones, transduced cell lines were used to avoid artifacts due to the destruction of certain genes due to retroviral insertions. As shown in FIG. 1, CD45.2 + Pax5 − / − pro B-derived thymocytes were completely developed in CD45.1 + RAG2 − / − thymus 3-4 weeks after injection.

T細胞発生(Tcell development)における構成的に活性なRac1変異体(constitutive active Rac1mutant)の効果は、カントレル等のグループ(Cantrell,D.A.,2003,Immunol Rev 192:122-130,Gomez,M.et al.,2000,Nat Immunol 1:348‐352,Gomez,M.et al.,2001, Immunity 15:703-713)により幅広く研究されてきたが、T細胞発生における機能喪失型(loss-of-function)のRac1変異体の研究は、未だ報告されていない。構成的に活性なRac1トランスジェニック マウスは、正の選択から負の選択への転換を示し(Gomez,M.et al.,2001,Immunity 15:703‐713)、Vav-/-マウスにおいてはT細胞欠陥の修復(restoration of the T cell defect in Vav-/- mice)、RAG-/-マウスにおいてはDP(double positive)細胞のジェネレーション(generation of DP cells in RAG-/- mice)を示し、活性型Rac1がTCRシグナル伝達を昂進させることを示唆している。本発明において、Rac1はインビトロ モデル系(図4)における正の選択に必要であること、またインビボのT細胞再構成(図2)にも必要であることを、直接的に示すことができた。驚いたことに、Rac1はプレTCRシグナリング(pre‐TCR signaling)には必要でなかったが、これはdnRac1(double negative Rac1)を発現している胸腺細胞(dnRac1 expressing thymocytes)において、DP細胞のジェネレーションがdnRac1を発現している胸腺細胞においては影響されなかったという観察による。この結果は、もう一つのRho family small GTPaseであるRhoAとは著しく対照的であり、RhoAはDN(dominant negative)からDPへの突然変異(transition)に関与していることが示されている(Henning,
S.W.et al.,1997,Embo J 16:2397-2407,Costello,P.S.et al.,2000,J Exp Med 192:77-85,
Cleverley,S.et al.,1999,Curr Biol 9:657‐660)。
The effect of constitutively active Rac1 mutants on T cell development has been reported by Cantrell, DA, 2003, Immunol Rev 192: 122-130, Gomez, M. et al. , 2000, Nat Immunol 1: 348-352, Gomez, M. et al., 2001, Immunity 15: 703-713), but loss-of-function in T cell development. No studies of Rac1 mutants have been reported yet. Constitutively active Rac1 transgenic mice show a transition from positive selection to negative selection (Gomez, M. et al., 2001, Immunity 15: 703-713), and T in Vav − / − mice. Restoration of the T cell defect in Vav -/- mice, in RAG -/- mice, generation of DP cells in RAG -/- mice and activity This suggests that type Rac1 promotes TCR signaling. In the present invention, we could directly show that Rac1 is required for positive selection in an in vitro model system (FIG. 4) and also for in vivo T cell reconstitution (FIG. 2). . Surprisingly, Rac1 was not required for pre-TCR signaling, but this is a DP cell generation in thymocytes (dnRac1 expressing thymocytes) expressing dnRac1 (double negative Rac1). By observation that thymocytes expressing dnRac1 were not affected. This result is in marked contrast to RhoA, another Rho family small GTPase, which is shown to be involved in DN (dominant negative) to DP transition ( Henning,
SWet al., 1997, Embo J 16: 2397-2407, Costello, PSet al., 2000, J Exp Med 192: 77-85,
Cleverley, S. et al., 1999, Curr Biol 9: 657-660).

dnRac1の存在により、初期のERK活性化が阻害されないことを見い出した(図5a)。正の選択におけるERK活性化の必要性は、既に充分に確立されており
(Alberola-Ila,J.et al.,1995,Nature 373:620-623;Alberola-Ila,J.et al.,2003,Immunol Rev 191:79-96)、最近はRac1の下流の主要なターゲットであるPAK1が、ERK活性化(Slack-Davis,J.K.et al.,2003,J Cell Biol 162:281‐291,Eblen,S.T.et al.,2002,Mol Cell Biol 22:6023-6033)に関与していることが示されている。しかしながら、dnRac1-DPKにおけるノーマルなERK 活性化は、ERKのTCRメディエイテッド活性化が(TCR-mediated activation of ERK)がRac1とは独立していることを示している。従って、正の選択へのdnRac1の阻害効果は、単純にERK活性化の阻害に起因させることはできない。
It was found that the presence of dnRac1 does not inhibit early ERK activation (FIG. 5a). The need for ERK activation in positive selection is already well established (Alberola-Ila, J. et al., 1995, Nature 373: 620-623; Alberola-Ila, J. et al., 2003 , Immunol Rev 191: 79-96), and recently PAK1, which is a major target downstream of Rac1, is activated by ERK (Slack-Davis, JKet al., 2003, J Cell Biol 162: 281-291, Eblen, STet). al., 2002, Mol Cell Biol 22: 6023-6033). However, normal ERK activation in dnRac1-DPK indicates that TCR-mediated activation of ERK is independent of Rac1. Therefore, the inhibitory effect of dnRac1 on positive selection cannot simply be attributed to inhibition of ERK activation.

Rac1は一般的に、アクチン再構成プロセスにおけるキー分子として認識されている(Tapon,N.et ai.,1997,Curr Opin Cell Biol 9:86‐92)。従ってdnRac1の導入(introduction)が、TCRメディエイテッド アクチン重合(TCR‐mediated actin polymerization)を阻害することは驚くべきことではない(図5c)。ドミナント ネガティブなWASP トランスジェニック マウス(dominant negative WASP transgenic mice;
Zhang,J.et al.,2002,Proc Natl Acad Sci USA 99:2240‐2245)における正の選択の完全な破棄(abrogation)が、正の選択の間のアクチン重合の要求性と確かに一致(consistent)しているにも拘わらず、T細胞発生におけるアクチン細胞骨格再構成
(actin cytoskeletal reorganization)の役割は、依然として明らかではない。
本発明により、アクチン重合の阻害剤Latrunculin A(図6d)を用いることにより、アクチン重合はDPKシステムにおける正の選択に必要であることが示された。従って、dnRac1‐DPK細胞の分化の欠失(lack)は、TCR(T cell receptor)メディエイテッド アクチン再構成(TCR‐mediated actin reorganization)における欠陥(defect)に、部分的に起因させることができる)。最近、TCR メディエイテッド Rac(TCR‐mediated Rac)活性化と免疫学的シナプス形成が、DOCK2(Sanui,T.et al.,2003,Immunity 19:119-129)に起因していることが示された。DOCK2欠損マウス(Sanui,T.et al.,2003,Immunity 19:119-129)において観察された、損なわれた正の選択(Impaired positive selection)は、アクチン細胞骨格再組織化(actin cytoskeletal reorganization)経由の正の選択において必須であるという本発明の知見と一致している。
Rac1 is generally recognized as a key molecule in the actin reconstitution process (Tapon, N. et ai., 1997, Curr Opin Cell Biol 9: 86-92). Therefore, it is not surprising that the introduction of dnRac1 inhibits TCR-mediated actin polymerization (FIG. 5c). Dominant negative WASP transgenic mice;
Zhang, J. et al., 2002, Proc Natl Acad Sci USA 99: 2240-2245) is completely consistent with the requirement for actin polymerization during positive selection (abrogation) Despite being consistent, the role of actin cytoskeletal reorganization in T cell development remains unclear.
According to the present invention, it was shown that actin polymerization is required for positive selection in the DPK system by using an inhibitor of actin polymerization, Latrunculin A (FIG. 6d). Therefore, the lack of differentiation of dnRac1-DPK cells can be partially attributed to defects in TCR (T cell receptor) mediated actin reorganization) . Recently, TCR-mediated Rac activation and immunological synapse formation have been shown to be due to DOCK2 (Sanui, T. et al., 2003, Immunity 19: 119-129). It was. The Impaired positive selection observed in DOCK2-deficient mice (Sanui, T. et al., 2003, Immunity 19: 119-129) is actin cytoskeletal reorganization. It is consistent with the findings of the present invention that it is essential for positive selection via.

本発明において、dnRac1を発現しているDP 胸腺細胞(図3) およびDPK細胞(図4c)において、TCRメディエイテッド アポトーシス(TCR−mediated apoptosis)の増加が観察された。プロ−アポトーティックおよび抗アポトーティックなメディエーター(The balance between TCR−mediated induction of pro−apoptotic and anti−apoptotic mediators)が、正の選択と負の選択を識別するキーファクターである。DP 胸腺細胞のTCR 刺激は、オーファン転写因子Nur77およびNor1(Cheng,L.E.et al.,1997,Embo J 16:1865−1875)を誘導し、Bim(Szegezdi,E.et al.,2003,J Immunol 170:3577−3584,Bouillet,P.et al., 2002,Nature 415:922−926))およびFas-L(Weih,F.et al.,1996,Proc Natl Acad Sci U S A 93:5533−5538)expressionを誘導することにより、負の選択(Calnan,B.J.et al.,1995, Immunity 3:273−282, Zhou,T.et al.,1996,J Exp Med 183:1879−1892)において重要な役割を果たしている。Nur77遺伝子の誘導はMEF2により正にコントロールされており、また、ヒストン脱アセチル化(histone deacetylation)を経由してCabin1(Youn,H.D.
et al., 2000,Immunity 13:85-94))およびHDAC7(Dequiedt,F.et al.,2003,Immunity 18:687−698))により負にコントロールされている。TCRシグナリング(signaling)は、Nur77転写(transcription)を活性化するために、MEF2からこれらのリプレッサーをリリースする。DPKシステム(DPK system)においては、これらのプロ−アポトーティック メディエーター(pro-apoptotic mediators)の誘導へのdnRac1の影響は観察されなかった(図6)。実際、コントロール セルと比較すると、dnRac1-DPK においてはTCRメディエイテッドなNur77(TCR-mediated Nur77)インダクションが更に低かった。これらの結果から、活性化されたdnRac1-DPK細胞におけるアポトーシスの増加は、プロ−アポトーティック メディエーター(pro-apoptotic mediators)の発現増加に起因している。
In the present invention, an increase in TCR-mediated apoptosis was observed in DP thymocytes (FIG. 3) and DPK cells (FIG. 4c) expressing dnRac1. The balance between TCR-mediated induction of pro-apoptotic and anti-apoptotic mediators is a key factor that distinguishes positive and negative selections. TCR stimulation of DP thymocytes induces orphan transcription factors Nur77 and Nor1 (Cheng, LE et al., 1997, Embo J 16: 1865-1875) and Bim (Szegezdi, E. et al., 2003, J Immunol 170: 3577-3854, Bouillet, P. et al., 2002, Nature 415: 922-926)) and Fas-L (Weih, F. et al., 1996, Proc Natl Acad Sci USA 93: 5533-5538) Inducing negative expression (Calnan, BJ et al., 1995, Immunity 3: 273-282, Zhou, T. et al., 1996, J Exp Med 183: 1879-1892) by inducing expression Plays. Induction of the Nur77 gene is positively controlled by MEF2, and Cabin1 (Youn, HD) via histone deacetylation
et al., 2000, Immunity 13: 85-94)) and HDAC7 (Dequiedt, F. et al., 2003, Immunity 18: 687-698)). TCR signaling releases these repressors from MEF2 to activate Nur77 transcription. In the DPK system, no effect of dnRac1 on the induction of these pro-apoptotic mediators was observed (FIG. 6). In fact, compared to control cells, dnRac1-DPK had even lower TCR-mediated Nur77 (TCR-mediated Nur77) induction. From these results, the increase in apoptosis in activated dnRac1-DPK cells is due to increased expression of pro-apoptotic mediators.

対照的に、dnRac1の発現は、抗アポトーティック メディエーター(anti-apoptotic mediator)Bcl-2の発現には影響しなかった(図6 左のパネル)。さらに、Bcl-2の強制的な発現は、defective CD4-SP generationおよびdnRac1発現DPKの抗原誘導アポトーシス(antigen-induced apoptosis)を回復させることができた(図7)。これらの結果から、Bcl-2メディエイテッド生存応答(Bcl-2 mediated survival response)におけるRac1の関与(involvement)は、胸腺細胞の正の選択にクリティカルと考えられる。Rac2欠失マストセル(Rac2 deficient mast cells)は、Akt活性化(Akt activation)およびBcl‐xL発現に欠陥が存在することが示されており、損なわれた生存(impaired survival)に至る(Yang,F.C.et al.,2000,Immunity 12:557−568)。従って、細胞の生存のメディエイティング(mediating cell survival)におけるRac蛋白質の関与は、より一般的な現象であるかもしれない。DP胸腺細胞において、一つの抗アポトーシス信号は、Akt依存性のNur77リン酸化(Pekarsky,Y.et al.,2001,Proc Natl Acad Sci U S A 98: 3690−3694, Masuyama,N.et al.,2001,J Biol Chem 276:32799−32805)による核からのNur77の除外(exclusion)である。dnRac1-DPK 細胞において、Nur77のリン酸化の状態を調べてはいないが、Nur77リン酸化の調整におけるRac1の関与はありそうに無いと考えられる。AktのTCRメディエイテッド アクティベーション(TCR-mediated activation of Akt)はPI3-kinaseに依存しており、DPKのインビトロ分化システム(in vitro differentiation system)におけるCD4−SP細胞のジェネレーションは、PI3-Kinase インヒビター、ワートマンニン(wortmannin)およびLy294002に耐性である。   In contrast, dnRac1 expression did not affect the expression of anti-apoptotic mediator Bcl-2 (FIG. 6, left panel). Furthermore, forced expression of Bcl-2 was able to restore antigen-induced apoptosis of defective CD4-SP generation and dnRac1-expressing DPK (FIG. 7). From these results, the involvement of Rac1 in the Bcl-2 mediated survival response is considered critical for the positive selection of thymocytes. Rac2-deficient mast cells have been shown to be defective in Akt activation and Bcl-xL expression, leading to impaired survival (Yang, FC et al., 2000, Immunity 12: 557-568). Thus, involvement of the Rac protein in mediating cell survival may be a more general phenomenon. In DP thymocytes, one anti-apoptotic signal is Akt-dependent Nur77 phosphorylation (Pekarsky, Y. et al., 2001, Proc Natl Acad Sci USA 98: 3690-3694, Masuyama, N. et al., 2001 , J Biol Chem 276: 32799-32805). Exclusion of Nur77 from the nucleus. In dnRac1-DPK cells, the state of phosphorylation of Nur77 has not been investigated, but it is unlikely that Rac1 is involved in the regulation of Nur77 phosphorylation. Tkt-mediated activation of Akt (TCR-mediated activation of Akt) depends on PI3-kinase, and the generation of CD4-SP cells in the in vitro differentiation system of DPK consists of PI3-Kinase inhibitors, Resistant to wortmannin and Ly294002.

Bcl-2は主要な抗アポトーシス分子であり、その発現は、正の選択後ただちに増加した(Punt,J.A.et al.,1996,J Exp Med 184:2091−2099)。さらにTCR刺激は、インビトロでもBcl-2を誘導することが知られている(Groves,T.et al.,1997,J Immunol 158:65-75)。Bcl-2 遺伝子の5’調節領域(5’ regulatory region)において、2つのプロモーター領域が同定されており、NF-kB(Catz,S.D.et al.,2001,Oncogene 20:7342−7351)はこれらのプロモーター領域の一つに結合することが示された。他の研究により、Bcl-2 遺伝子はNFAT4(Oukka,M.et al.,1998, Immunity 9:295−304)およびNF-kB2(Viatour,P.et al.,2003, Leukemia 17:1349−1356)により、ポジティブに調節(positively regulated)されていることが示された。従って、Rac1はNF−ATまたはNF-kBのTCR-mediated activationに関係しているかもしれない。このアイデアに一致して、Rac1は、マスト セル(Turner,H.et al.,1998,J Exp Med 188:527−537)のFcRメディエイテッド シグナル伝達(FcR−mediated signal transduction)におけるNFAT4の活性化に関与していることが示された。   Bcl-2 is a major anti-apoptotic molecule and its expression increased immediately after positive selection (Punt, J.A. et al., 1996, J Exp Med 184: 2091-2099). Furthermore, TCR stimulation is known to induce Bcl-2 in vitro (Groves, T. et al., 1997, J Immunol 158: 65-75). In the 5 'regulatory region of the Bcl-2 gene, two promoter regions have been identified, and NF-kB (Catz, SD et al., 2001, Oncogene 20: 7342-7351) It has been shown to bind to one of the promoter regions. According to other studies, the Bcl-2 gene has been identified as NFAT4 (Oukka, M. et al., 1998, Immunity 9: 295-304) and NF-kB2 (Viatour, P. et al., 2003, Leukemia 17: 1349-1356). ) Showed positively regulated. Thus, Rac1 may be involved in TCR-mediated activation of NF-AT or NF-kB. Consistent with this idea, Rac1 activates NFAT4 in FcR-mediated signal transduction in mast cells (Turner, H. et al., 1998, J Exp Med 188: 527-537). Was shown to be involved.

本発明により、Rac1は正の選択に必要であるが、b-セレクションには必要ではないことが示された。インビトロの正の選択モデル系(positive selection model system)を用いて、Rac1はTCRメディエイテッド アクチン 細胞骨格再構成(TCR−mediated actin cytoskeletal reorganization)および抗アポトーシスタンパク質Bcl-2のインダクション(induction of anti−apoptotic protein Bcl−2)においてクリティカルであることが示された。Bcl-2インダクションのRac1依存性経路は、TCRメディエイテッド アポトーシス(TCR−mediated apoptosis)を妨げることにより、正の選択にクリティカルなプロセスであり得る。   The present invention showed that Rac1 is required for positive selection but not for b-selection. Using an in vitro positive selection model system, Rac1 is a TCR-mediated actin cytoskeletal reorganization and induction of anti-apoptotic protein Bcl-2 It was shown to be critical in protein Bcl-2). The Rac1-dependent pathway of Bcl-2 induction can be a critical process for positive selection by preventing TCR-mediated apoptosis.

プロB細胞は、2週齢のPax5ノックアウトマウス(Urbanek,P.et al.,1994,Cell 79:901−912)の骨髄から樹立し、2%FCS、0.03%primatoneおよびIL-7を含有したIMDM培地中、ST2ストローマ細胞上で培養した(Nutt,S.L.et al.,1999,Nature 401:556-562)。1千万個のtransduced Pax5-/-プロB細胞を、4Gyの放射線照射をしたC57BL/6-CD45.1-RAG2-/-マウス(Shinkai,Y.et al.,1992,Cell 68:855-867)の尾静脈から静脈中に注入した。3−4週間後に、フローサイトメトリック分析(flowcytometric analysis)を行なった。 Pro-B cells were established from bone marrow of 2-week-old Pax5 knockout mice (Urbanek, P. et al., 1994, Cell 79: 901-912) and contained 2% FCS, 0.03% primatone and IL-7 The cells were cultured on ST2 stromal cells in IMDM medium (Nutt, SL et al., 1999, Nature 401: 556-562). 10 million transduced Pax5 − / − pro B cells were irradiated with 4 Gy of C57BL / 6-CD45.1-RAG2 − / − mice (Shinkai, Y. et al., 1992, Cell 68: 855- 867) was injected into the vein through the tail vein. After 3-4 weeks, flow cytometric analysis was performed.

レトロウイルス ベクターの作製法は、以下の通りである。ドミナントネガティブ(N17)ヒトRac1 cDNAは、pEGFP-C1(CloneTech)ベクター中にクローニングした。pMX-puro-dnRac1GFPの作製には、EGFP-Rac1N17キメラ cDNAをpMXs-puro(Kitamura,T.,1998,Int J Hematol 67:351-359)のNot I サイト中にPCRによりクローニングした。pMXs-PREPレトロウイルスベクターの作製には、マーモット プレ配列(Zufferey,R.,1999,J Virol 73:2886−2892)のClaI 断片とピューロマイシン耐性遺伝子(puromycin resistance gene)のSalI断片とを、それぞれpMXs-IRES-GFP(Kitamura,T,1998,Int J Hematol 67:351−359)のClaIおよびSalIサイトに挿入した。PCRによりクローニングしたRac1N17 cDNAをpMXs−PREP中に挿入し、pMXs−PREP−dnRac1を作製した。   The retrovirus vector is prepared as follows. The dominant negative (N17) human Rac1 cDNA was cloned into the pEGFP-C1 (CloneTech) vector. For preparation of pMX-puro-dnRac1GFP, EGFP-Rac1N17 chimeric cDNA was cloned into the Not I site of pMXs-puro (Kitamura, T., 1998, Int J Hematol 67: 351-359) by PCR. The pMXs-PREP retroviral vector was prepared by combining the ClaI fragment of the marmot presequence (Zufferey, R., 1999, J Virol 73: 2886-2892) and the SalI fragment of the puromycin resistance gene, respectively. It was inserted into the ClaI and SalI sites of pMXs-IRES-GFP (Kitamura, T, 1998, Int J Hematol 67: 351-359). Rac1N17 cDNA cloned by PCR was inserted into pMXs-PREP to prepare pMXs-PREP-dnRac1.

ベクター(pMX−puro−GFP)またはPlat−Eパッケージング細胞(Morita,S.,2000,Gene Ther 7:1063−1066)をトランスフェクトされたpMXs−puro−dnRac1GFPからのレトロウイルスを含む上清液を濃縮し、プロB細胞のインフェクションに用いた。VSVシュードタイプ ウイルス(VSV−pseudo−typed viruses)は、DPK 細胞の感染に用いた。レトロウイルスによる形質導入細胞(Retrovirally transduced cells)は、1−2.5mg/mlピューロマイシン(puromycin)により選抜し、セルソーターFACSVantage SE(Becton Dickinson)を用いる単一細胞クローニング(single cell cloning)は行なわずに、GFP強度の高い細胞(GFPhi cells)を電子的に分別した。 Supernatant containing retrovirus from pMXs-puro-dnRac1GFP transfected with vector (pMX-puro-GFP) or Plat-E packaging cells (Morita, S., 2000, Gene Ther 7: 1063-1066) Was concentrated and used for pro-B cell infection. VSV pseudo-typed viruses were used for infection of DPK cells. Retrovirally transduced cells are selected with 1-2.5mg / ml puromycin, without single cell cloning using the cell sorter FACSVantage SE (Becton Dickinson). Cells with high GFP intensity (GFP hi cells) were electronically sorted.

PCRで増幅したヒトBcl-2 cDNAを、IRES-human CD2カセットを有するpMX−based retroviral vector pMI.2に挿入した。pMI.2−Bcl2からのレトロウイルスを含む上清を、それぞれBcl2−DPKおよびdnRac1、Bcl2−DPKを確立するために、control-DPK(pMXs−PREP)およびdnRac1−DPK(pMXs−PREP−dnRac1)をトランスデュースするために用いた。   Human Bcl-2 cDNA amplified by PCR was inserted into a pMX-based retroviral vector pMI.2 having an IRES-human CD2 cassette. The supernatants containing the retroviruses from pMI.2-Bcl2 were used to establish Bcl2-DPK and dnRac1, Bcl2-DPK, respectively, control-DPK (pMXs-PREP) and dnRac1-DPK (pMXs-PREP-dnRac1) Was used to transduce.

DPK分化試験(DPK differentiation assay)は、文献の記述(Kaye,J.et al.,1992,Cell 71:423−435)に従って行なったが、いくらかの修正を加えた。簡単に説明すると、6ウェルプレートの各ウェル内に9×10の放射線照射したDC−I(Ek and ICAM-1 transfected murine fibroblast)を入れ、培養時間の最後の2時間だけ100ng/ml SEA(Toxin Technology, Sarasota, FL)の存在下、非存在下において24時間の前培養を行ない、さらに4.5×10個のDPK細胞を加えて37℃、3日間の培養を行なった。培養終了後に細胞を収集し、anti−CD4−PE(GK1.5)抗体とanti−CD8a−Biotin(53-6.7)抗体で染色した後、フローサイトメトリー用にストレプトアビジン−トゥルーレッド(Streptavidin-TruRed)で染色した。総ての抗体および染色液は、Pharmingen(Palo Alto, CA)製である。 The DPK differentiation assay was performed according to the literature description (Kaye, J. et al., 1992, Cell 71: 423-435) with some modifications. Briefly, placed DC-I which were irradiated for 9 × 10 5 in each well of 6-well plates (E k and ICAM-1 transfected murine fibroblast), only the last 2 hours of culture time 100 ng / ml SEA (Toxin Technology, Sarasota, FL) was pre-cultured for 24 hours in the absence, and further 4.5 × 10 5 DPK cells were added and cultured at 37 ° C. for 3 days. After completion of the culture, the cells are collected, stained with anti-CD4-PE (GK1.5) antibody and anti-CD8a-Biotin (53-6.7) antibody, and then subjected to streptavidin-true red for flow cytometry. ). All antibodies and stains are from Pharmingen (Palo Alto, CA).

DPK細胞を10mg/mlのanti−CD3e抗体により4℃でインキュベーションした後、37℃において抗ハムスター二次抗体で架橋した。指定時間のインキュベーションの後、細胞を溶解させ、anti−phospho−ERK抗体 および anti−ERK抗体(Transduction Lab,Palo Alto,CA)を用いてウェスタンブロットを行なった。   DPK cells were incubated with 10 mg / ml anti-CD3e antibody at 4 ° C. and then cross-linked with anti-hamster secondary antibody at 37 ° C. After incubation for the specified time, cells were lysed and Western blots were performed using anti-phospho-ERK antibody and anti-ERK antibody (Transduction Lab, Palo Alto, Calif.).

それぞれ10mg/mlのanti−CD3e 抗体およびanti−CD28モノクローナル抗体がコーティングされているカバースリップ上にDPK細胞を加えた後に、37℃で15分間の培養を行なった。上清を除去した後に、4% パラホルムアルデヒドにより細胞を固定化した後、0.3% サポニン(saponin)処理後にphalloidin−Alexa594(Molecular Pro−Be,Eugene,OR)による染色を行なった。   DPK cells were added on coverslips coated with 10 mg / ml anti-CD3e antibody and anti-CD28 monoclonal antibody, respectively, followed by incubation at 37 ° C. for 15 minutes. After removing the supernatant, the cells were fixed with 4% paraformaldehyde, followed by treatment with phalloidin-Alexa594 (Molecular Pro-Be, Eugene, OR) after treatment with 0.3% saponin.

胸腺細胞(Thymocytes)またはDPK細胞は、FITC conjugated anti−CD45.2(clone 104)、PE conjugated anti‐CD4(GK1.5)、anti−CD5(53-7.3)、Biotin-conjugated anti-CD8a
(53-6.7)、anti-TCRb (597-H57)、AnnexinV、anti-CD69(H1.2F3)、anti-CD45.1(A20)およびAPC conjugated anti−CD8a(53-6.7)の種々の組み合せの抗体により染色した。染色した細胞は、4カラーFACS分析用のtwo laser−FACScalibur(Becton
Dickinson,Palo Alto,CA)により分析した。
Thymocytes or DPK cells are FITC conjugated anti-CD45.2 (clone 104), PE conjugated anti-CD4 (GK1.5), anti-CD5 (53-7.3), Biotin-conjugated anti-CD8a
(53-6.7), anti-TCRb (597-H57), AnnexinV, anti-CD69 (H1.2F3), anti-CD45.1 (A20) and APC conjugated anti-CD8a (53-6.7) Stained with antibody. Stained cells were two laser-FACScalibur (Becton for 4 color FACS analysis.
Dickinson, Palo Alto, CA).

RNeasy kit(Qiagen,Hilden,Germany)を用いて細胞からRNAを分離し、QuantiTect SYBR Green RT-PCR Kit(Qiagen)を用いてリアルタイムPCR(real-time PCR)を行なった。リアルタイムPCR用のプライマーは、Bcl-2a(5'cctgtggatgactgagtacct3'/5'gagcagggtcttcagagaca3')およびNor1(5'aagggcttcttcaagagaac3'/5'tgaaatctgcagtactgacatc3')を用いた。   RNA was isolated from the cells using RNeasy kit (Qiagen, Hilden, Germany), and real-time PCR was performed using QuantiTect SYBR Green RT-PCR Kit (Qiagen). Bcl-2a (5'cctgtggatgactgagtacct3 '/ 5'gagcagggtcttcagagaca3') and Nor1 (5'aagggcttcttcaagagaac3 '/ 5'tgaaatctgcagtactgacatc3') were used as primers for real-time PCR.

Pax5はB細胞発生(B cell development)のためのマスター転写因子であり、Pax5欠損マウス由来の培養プロB細胞は、致死量以下の放射線照射されたRAG2-/-マウス(Rolink,A.G.et al.,1999, Nature 401:603-606;Nutt,S.L.et al., 1999,Nature 401:556-56;Schaniel,C.,L.et al.,2002,Blood 99:472-478)中にトランスファーすることにより、B細胞以外の正常な造血細胞(hematopoietic cells)を再構成することが示されている。培養したPax5欠損プロB細胞を、宿主細胞(host cells)と注入した細胞とを識別するためのバックグラウンドであるCD45.1を有するRAG2-/-マウス(Shinkai,Y.et al., 1992,Cell 68:855-867)中に導入した。図1aに示したように、CD45.2陽性、CD45.1陰性Pax5-/-プロB由来の胸腺細胞(CD45.2 positive CD45.1 negative Pax5-/- pro-B-derived thymocytes)は、注入4週間後において正常に発生していた。再構成された胸腺細胞のトータル数は、3000万から1億5000万個に変化しており、接種したプロB細胞の数と再構成期間(reconstitution period)に依存していた。しかしながら正常な胸腺細胞と比較して、プロB細胞由来のCD4およびCDシングルポジティブ(以下SPと略記する)細胞の僅かな増加が、一貫して観察された(図1a)。 Pax5 is a master transcription factor for B cell development, and cultured pro-B cells derived from Pax5-deficient mice are irradiated with sub-lethal doses of RAG2 − / − mice (Rolink, AGet al., 1999, Nature 401: 603-606; Nutt, SLet al., 1999, Nature 401: 556-56; Schaniel, C., L. et al., 2002, Blood 99: 472-478). It has been shown to reconstitute normal hematopoietic cells other than B cells. RAG2 − / − mice (Shinkai, Y. et al., 1992, having CD45.1 as a background for discriminating cultured Pax5-deficient pro-B cells from host cells and injected cells. Cell 68: 855-867). As shown in FIG. 1a, CD45.2 positive, CD45.1 negative Pax5 - / - pro-B-derived thymocytes (CD45.2 positive CD45.1 negative Pax5 - / - pro-B-derived thymocytes) are injected It occurred normally after 4 weeks. The total number of reconstituted thymocytes varied from 30 million to 150 million, depending on the number of pro-B cells inoculated and the reconstitution period. However, a slight increase in pro-B cell-derived CD4 and CD single positive (hereinafter abbreviated as SP) cells was consistently observed compared to normal thymocytes (FIG. 1a).

T細胞の発生におけるRac1の機能を調べるために、Pax5-/-プロB細胞中に変異Rac1遺伝子を導入した。ドミナント ネガティブRac1(N17)cDNA(dominant negative Rac1(N17)cDNA;以下dominant negativeをdnと略記)のN末端にEGFPをコードしている配列を融合させて、pMXs-puroレトロウィルス ベクター(Kitamura,T.,1998,Int J Hematol 67:351-359)中に導入した。Pax5-/-プロB細胞中にdnRac1-GFP ウイルスを形質導入した時には融合蛋白質が細胞膜中に局在していたのに対し、GFP(green fluorescent protein)ベクターを形質導入した細胞には拡散した均一な緑色蛍光が見られた(図1bの左側パネル)。形質導入されたプロB細胞のインジェクション後3から4週目のマウスから胸腺細胞を採取し、種々の細胞表面抗原で染色した。dnRac1-GFP Pax5-/- プロB細胞に由来する胸腺細胞の顕微鏡による観察では、細胞膜に局在化したGFP蛍光が検出された(図1b右下のパネル)。胸腺におけるGFP陽性細胞のポピュレーションにいくらかの試験ごとの変化が存在していたが、恐らく、gene silencing effectによるものと考えられる。しかしながら、dnRac1-GFP発現胸腺細胞(dnRac1-GFP-expressing thymocytes)のCD4/CD8プロファイルは、GFPベクターだけを発現している胸腺細胞(GFP vector-expressing thymocytes)のプロファイルとは、全く異なっていた。dnRac1を発現している胸腺細胞は、ほんの僅かのCD4-SPおよびCD8-SP細胞しか含まれていなくて、胸腺細胞の発生はDPステージ(DP stage)において厳密に抑制されていることを示している(図2a)。GFPの発現レベルとポジティブセレクションの抑制の厳しさとの間に相関があり、これは競争的ドミナント ネガティブ 阻害剤(competitive dominant negative inhibitor)に対して予期されるものと同じである(図2b)。興味あることに、CD4 CD8 DN(CD4 CD8 double negative)細胞からのDP細胞の発生が抑制されており、Rac1は絶対的にβセレクション(b-selection)を必要としているわけではないことが示された。DP-TCRhi細胞もまた、dn-Rac1発現胸腺細胞(dn-Rac1 expressing thymocytes)においてシビアに減少しており(図2c)、正の選択プロセス(positive selection process)の初期段階において、dn-Rac1が正の選択をブロックしていることが示された。 In order to examine the function of Rac1 in T cell development, a mutant Rac1 gene was introduced into Pax5 − / − pro B cells. A pMXs-puro retrovirus vector (Kitamura, T) was prepared by fusing a sequence encoding EGFP to the N-terminus of dominant negative Rac1 (N17) cDNA (dominant negative Rac1 (N17) cDNA; hereinafter, dominant negative abbreviated as dn). , 1998, Int J Hematol 67: 351-359). When the dnRac1-GFP virus was transduced into Pax5 -/- pro B cells, the fusion protein was localized in the cell membrane, whereas the GFP (green fluorescent protein) vector transduced cells were homogeneously diffused. Green fluorescence was seen (left panel in FIG. 1b). Thymocytes were collected from mice 3 to 4 weeks after injection of transduced pro-B cells and stained with various cell surface antigens. When the thymocytes derived from dnRac1-GFP Pax5 − / − pro B cells were observed with a microscope, GFP fluorescence localized in the cell membrane was detected (lower right panel in FIG. 1b). There were some test-specific changes in the population of GFP-positive cells in the thymus, probably due to the gene silencing effect. However, the CD4 / CD8 profile of dnRac1-GFP-expressing thymocytes (dnRac1-GFP-expressing thymocytes) was completely different from the profile of thymocytes expressing only the GFP vector (GFP vector-expressing thymocytes). Thymocytes expressing dnRac1 contain only a few CD4-SP and CD8-SP cells, indicating that thymocyte development is strictly suppressed at the DP stage. (FIG. 2a). There is a correlation between the expression level of GFP and the severity of positive selection suppression, which is the same as expected for competitive dominant negative inhibitors (FIG. 2b). Interestingly, the development of DP cells from CD4 CD8 DN (CD4 CD8 double negative) cells is suppressed, indicating that Rac1 does not absolutely require β-selection. It was. DP-TCR hi cells are also severely reduced in dn-Rac1 expressing thymocytes (FIG. 2c), and in the early stages of the positive selection process, dn-Rac1 Has been shown to block positive selections.

次に、dn-Rac1発現胸腺のTCRメディエイテッド アポトーシス(TCR-mediated
apoptosis)について調べてみた。ベクター コントロールおよびdnRac1-GFP形質導入Pax5-/-プロB細胞(dnRac1-GFP transduced Pax5-/- pro-B cells)をRAG2-/-マウスに注射し、再構成された胸腺細胞のTCRメディエイテッド アポトーシスを、インビトロで試験した。図3に示したように、刺激が存在しない条件下においても、dnRac1発現胸腺細胞は、アネキシンV(Annexin V)染色により決定されたアポトーシスの増加を示しており、また、DP胸腺細胞の刺激依存性アポトーシスもまた、dn-Rac1の存在下において増加した。
Next, TCR-mediated apoptosis of dn-Rac1-expressing thymus
I examined apoptosis). Vector control and dnRac1-GFP transduced Pax5 - / - pro-B cells (dnRac1-GFP transduced Pax5 - / - pro-B cells) to RAG2 - / - injected into mice, the reconstituted thymus cells TCR media Rays Ted apoptosis Were tested in vitro. As shown in FIG. 3, even in the absence of stimulation, dnRac1-expressing thymocytes show an increase in apoptosis as determined by Annexin V staining, and also depend on stimulation of DP thymocytes. Sexual apoptosis was also increased in the presence of dn-Rac1.

正の選択の間のTCRメディエイテッド シグナル伝達(TCR-mediated signal transduction during positive selection)における、Racの詳細な機能を分析するために、CD4-SP 分化(differentiation)のインビトロ モデル実験系を利用することに決定した。DPKは、AND-TCRトランスジェニック マウス(Kaye,J.et al.,1992,Cell 71:423-435,Kaye,J.et al.,1989,Nature 341:746-749)由来の自然発生DP胸腺リンフォーマ(thymic lymphoma)細胞である。このセルラインは、インビトロでの抗原負荷APC(antigen loaded APC)と一緒に培養すると、CD4-SP細胞に分化することが示されている(Kaye,J.et al.,1992,Cell 71:423-435)。また、未成熟胸腺(immature thymocytes)の正の選択(Shao,H.et al.,1997,J Exp Med 185:731-744;Shao,H.et al.,1997,J Immunol 159:5773-5776;Ochoa-Garay,J.et al.,1998,J Immunol 160:3835-3843)の間のシグナル伝達の研究にも用いられている。ドミナント ネガティブ(N17)Rac1遺伝子を、新たに確立されたpMXs-PREPレトロウイルス ベクター中にPCRクローニングにより導入した。このpMXs-PREPレトロウイルス ベクターには、IRES-GFPカセットおよびmRNA安定化エレメント(wPRE)配列が、効率的な遺伝子発現のために導入されている(Tahara-Hanaoka,S.et al.,2002,Exp Hematol 30:11-17)。pMX-PREP-dnRac1を導入したDPKは細胞のサイズがいくらか増加したが、CD4、CD8およびTCRの発現レベルは、コントロールのベクター(pMXs-PREP)を感染させた細胞(図4a)とは区別が可能であった。図4bに示したように、コントロールのベクターで形質導入されたDPK細胞は、徐々にCD8発現が減少し、抗原刺激後3日目には細胞のほとんど80%がCD4-SP細胞に分化した。対照的に、dnRac1-DPK(図4b)において、CD4-SP細胞は、ほとんど完全になくなった。同時に、TCR刺激(TCR stimulation)におけるAnnexin V陽性のアポトーシス細胞の数は、対照例のDPK細胞(図4c)に比較して、dnRac1-DPKにおいてドラマチックに増加した。細胞の生存率を決定するためのトリパンブルー排除法(trypan blue dye exclusion method)によっても、同様の結果が得られた。以上の結果を総合すると、DP胸腺におけるdnRac1の発現は、インビボとインビトロの両方の試験系において、ポジティブセレクションの抑制とTCR誘導アポトーシス(TCR-induced apoptosis)の増加に導くことが、明確に示された。   Use an in vitro model experiment system for CD4-SP differentiation to analyze the detailed function of Rac in TCR-mediated signal transduction during positive selection during positive selection Decided. DPK is a naturally occurring DP thymus from an AND-TCR transgenic mouse (Kaye, J. et al., 1992, Cell 71: 423-435, Kaye, J. et al., 1989, Nature 341: 746-749). It is a lymphoma (thymic lymphoma) cell. This cell line has been shown to differentiate into CD4-SP cells when cultured in vitro with antigen loaded APC (Kaye, J. et al., 1992, Cell 71: 423). -435). Also, positive selection of immature thymocytes (Shao, H. et al., 1997, J Exp Med 185: 731-744; Shao, H. et al., 1997, J Immunol 159: 5773-5776 Ochoa-Garay, J. et al., 1998, J Immunol 160: 3835-3843). The dominant negative (N17) Rac1 gene was introduced into the newly established pMXs-PREP retroviral vector by PCR cloning. This pMXs-PREP retroviral vector incorporates an IRES-GFP cassette and mRNA stabilization element (wPRE) sequence for efficient gene expression (Tahara-Hanaoka, S. et al., 2002, Exp Hematol 30: 11-17). DPK into which pMX-PREP-dnRac1 was introduced had some increase in cell size, but the expression levels of CD4, CD8 and TCR are distinct from cells infected with the control vector (pMXs-PREP) (Fig. 4a). It was possible. As shown in FIG. 4b, DPK cells transduced with the control vector gradually decreased CD8 expression, and almost 80% of the cells differentiated into CD4-SP cells 3 days after antigen stimulation. In contrast, in dnRac1-DPK (FIG. 4b), CD4-SP cells were almost completely lost. At the same time, the number of Annexin V positive apoptotic cells in TCR stimulation was dramatically increased in dnRac1-DPK compared to the control DPK cells (FIG. 4c). Similar results were obtained with the trypan blue dye exclusion method to determine cell viability. Taken together, these results clearly demonstrate that dnRac1 expression in DP thymus leads to suppression of positive selection and increased TCR-induced apoptosis in both in vivo and in vitro test systems. It was.

正の選択の間のTCR依存性シグナル トランスダクション(TCR-dependent signal transduction)におけるRac1の機能を調べるため、anti-CD3eモノクローナル抗体をコートしたビーズによりDPK細胞を刺激し、ERKの活性化をERK1および2のリン酸化により評価した(図5a)。dnRac1変異体はERK活性化に何の効果もなく、ERKのTCR刺激による活性化は、Rac1とは独立したものであった。また、dnRac1-DPK細胞におけるTCR-mediatedによるCD69およびCD5のアップレギュレーションもまた、コントロールのDPK細胞(図5b)において見られたものと区別がつかなかった。   To investigate the function of Rac1 in TCR-dependent signal transduction during positive selection, DPK cells were stimulated with beads coated with anti-CD3e monoclonal antibody to activate ERK and ERK1. It was evaluated by phosphorylation of 2 (Fig. 5a). The dnRac1 mutant had no effect on ERK activation, and activation of ERK by TCR stimulation was independent of Rac1. Also, TCR-mediated upregulation of CD69 and CD5 in dnRac1-DPK cells was also indistinguishable from that seen in control DPK cells (FIG. 5b).

次に、dnRac1-DPKにおけるTCR依存性のアクチン重合(actin polymerization)を試験したが、これはRacが細胞骨格再構成(cytoskeletal reorganization)においてクリティカルな役割を果たしていることが広く知られているからである。TCR刺激の15分後に、ファロイディン(phalloidin)染色により、コントロールDPK細胞はアクチン重合の集積を示したのに対し、dnRac1-DPK(図5c)においてはTCR依存性のアクチン重合.は破棄された(図5c)。ファロイディン染色により検出されたように、コントロールのDPK細胞は、胸腺細胞発生の間におけるアクチン再構成(actin reorganization)の要求性は、直接的には決定できなかった。そこで、DPK細胞の分化におけるアクチン重合のインヒビターの効果を調べてみた。アクチン重合(Spector,I.,1983,Science 219:493-495)のインヒビターであるラトランキュリンA(Latrunculin A)は、DPKインビトロ分化システム(DPK in vitro differentiation system)において、抗原により誘導されたCD4-SP細胞の発生を完全にブロックした(図5b)。これらの結果は、dnRac1-DPK細胞においては、アクチン重合における欠陥(defect)が、少なくとも正の選択の阻害メカニズムの一部であることを示している。   Next, we tested TCR-dependent actin polymerization in dnRac1-DPK because it is widely known that Rac plays a critical role in cytoskeletal reorganization. is there. At 15 minutes after TCR stimulation, control DPK cells showed accumulation of actin polymerization by phalloidin staining, whereas TCR-dependent actin polymerization was discarded in dnRac1-DPK (FIG. 5c). FIG. 5c). Control DPK cells, as detected by phalloidin staining, could not directly determine the requirement for actin reorganization during thymogenesis. Therefore, the effect of an inhibitor of actin polymerization on the differentiation of DPK cells was examined. Latrunculin A, an inhibitor of actin polymerization (Spector, I., 1983, Science 219: 493-495), is a CD4-SP induced by antigen in the DPK in vitro differentiation system. Cell development was completely blocked (FIG. 5b). These results indicate that in dnRac1-DPK cells, defects in actin polymerization are at least part of the positive selection inhibition mechanism.

刺激を受けたdnRac1-DPK細胞における多量のアポトーシス(massive apoptosis)は、死のエフェクターの増加または抗アポトーシス タンパク質の発現減少のいずれかに起因しており、DP胸腺細胞上へのTCRライゲーションがNur77やNor1(Cheng,L.E.,1997,Embo J 16:1865-1875)のような死のエフェクター(death effector)を誘導し、それに加えてBcl-2やBcl-xL(Groves,T.,M.et al.,1997,J Immunol 158:65-75)のような抗アポトーシス分子も誘導しているからである。これを終わらせるために、DPKシステムにおける、これらの分子のTCR依存性のインダクション(誘導)を調べてみた。リアルタイムRT-PCR分析(real-time RT-PCR analysis)により、Bcl-2 mRNAの2−3倍の増加が、TCR刺激を受けたコントロールのDPK細胞において観察されたが、dnRac1-DPK細胞においてはBcl-2の刺激依存性の誘導は観察されなかった(図6 左のパネル)。対照的に、dnRac1-DPKにおけるNor1のTCR依存性のインダクションは、コントロールの細胞と同程度であった(図6 右のパネル)。これらの結果は、dnRac1-DPK細胞におけるTCR誘導性のアポトーシスは、抗アポトーシス分子Bcl-2(anti-apoptotic molecule Bcl-2)の誤った誘導に起因しており、死のエフェクター分子(death effecter molecules)のインダクションの増加によるものではなかった。   Massive apoptosis in stimulated dnRac1-DPK cells is due to either increased death effectors or decreased expression of anti-apoptotic proteins, and TCR ligation on DP thymocytes is Induction of death effectors such as Nor1 (Cheng, LE, 1997, Embo J 16: 1865-1875), plus Bcl-2 and Bcl-xL (Groves, T., M. et al , 1997, J Immunol 158: 65-75). To end this, we looked at the TCR-dependent induction of these molecules in the DPK system. Real-time RT-PCR analysis showed a 2-3-fold increase in Bcl-2 mRNA in TCR-stimulated control DPK cells, but in dnRac1-DPK cells No stimulus-dependent induction of Bcl-2 was observed (FIG. 6, left panel). In contrast, Nor1's TCR-dependent induction in dnRac1-DPK was comparable to control cells (FIG. 6, right panel). These results indicate that TCR-induced apoptosis in dnRac1-DPK cells is due to incorrect induction of anti-apoptotic molecule Bcl-2, and death effecter molecules ) Was not due to an increase in induction.

もしも、dnRac1-DPKにおいて観察された欠陥のある正の選択(defective positive selection)が、主としてBcl-2の不十分なインダクションに起因する多量のアポトーシス(massive apoptosis)によるものであるならば、dnRac1-DPKにおけるBcl-2の過剰発現がこの欠陥を修復するであろう。この目的のためdnRac1-DPK細胞中に、レトロウイルスを用いてBcl-2 cDNAを導入した。図7に示したように、Bcl-2の導入によりCD4-SPの刺激依存性のジェネレーション(generation)は増進した。しかし、より重要なのは、Bcl-2の導入によりdnRac1-DPKにおけるCD4-SPのジェネレーションがほとんど完全にレスキューされたことである(図7aおよび図7bの上のパネル)。同時に、dnRac1-DPKで観察された刺激依存性のアポトーシスは、Bcl-2のイントロダクション導入によってもレスキューされた(図7b 下側のパネル)。この結果は、dnRac1-DPKにおける欠陥のあるCD4発生(defective CD4 generation)は、主としてTCR依存性のBcl-2アップレギュレーション(TCR-dependent Bcl-2 upregulation)の欠失に起因していることを示している。   If the defective positive selection observed in dnRac1-DPK is mainly due to massive apoptosis due to insufficient induction of Bcl-2, then dnRac1- Overexpression of Bcl-2 in DPK will repair this defect. For this purpose, Bcl-2 cDNA was introduced into dnRac1-DPK cells using a retrovirus. As shown in FIG. 7, the introduction of Bcl-2 enhanced the stimulation-dependent generation of CD4-SP. More importantly, however, the introduction of Bcl-2 almost completely rescued CD4-SP generation in dnRac1-DPK (upper panels in FIGS. 7a and 7b). At the same time, the stimulus-dependent apoptosis observed with dnRac1-DPK was also rescued by introduction of Bcl-2 (FIG. 7b lower panel). This result indicates that defective CD4 generation in dnRac1-DPK is mainly due to the lack of TCR-dependent Bcl-2 upregulation. ing.

次にERK5に関して、発明を実施するための最良の形態について述べる。ERK5はERK、JNK、p38に続く第4のMAPキナーゼカスケードの一員であり、右心室の形成、血管形成や血管平滑筋の分化に重要であることが知られている。ERK5は転写因子であるMEF2CおよびMEF2Dをリン酸化するが、MEF2Dは神経、血管系のみならず胸腺細胞にも発現しており、T細胞の負の選択において中心的な役割を果たすNur77の発現を調節している。したがって、ERK5は循環器系のみならず、未熟T細胞の選択過程において重要な働きをしている可能性が考えられた。負の選択は自己反応性のT細胞を排除する重要なプロセスであり、拡張型心筋症のような自己免疫性の疾患の発症機序にも関与している可能性が考えられる。本発明においてはT細胞の分化過程、特に負の選択に着目して、ERK5の新規機能の検討を行った。   Next, the best mode for carrying out the invention regarding ERK5 will be described. ERK5 is a member of the fourth MAP kinase cascade following ERK, JNK, and p38, and is known to be important for right ventricle formation, angiogenesis and vascular smooth muscle differentiation. ERK5 phosphorylates the transcription factors MEF2C and MEF2D, but MEF2D is expressed not only in the nerve and vasculature but also in thymocytes, and expresses Nur77, which plays a central role in the negative selection of T cells. It is adjusting. Therefore, it was considered that ERK5 may play an important role not only in the cardiovascular system but also in the process of selecting immature T cells. Negative selection is an important process that eliminates autoreactive T cells and may be involved in the pathogenesis of autoimmune diseases such as dilated cardiomyopathy. In the present invention, focusing on the differentiation process of T cells, particularly negative selection, the novel function of ERK5 was examined.

Pax5欠損プロB細胞を用いた新規のT細胞再構築実験系を確立し、この実験系を利用してERK5のT細胞分化における機能解析を行った。優性不能型ERK5遺伝子を過剰発現した胸腺においては成熟CD4 T細胞および選択後のCD4/CD8ダブルポジティブ細胞が増加していた。これらの結果から、ERK5が胸腺において負の選択のシグナル伝達に関与していることが示された。   A new T cell reconstruction experiment system using Pax5-deficient pro-B cells was established, and functional analysis of T cell differentiation of ERK5 was performed using this experiment system. In the thymus overexpressing the dominant-incapable ERK5 gene, mature CD4 T cells and CD4 / CD8 double positive cells after selection increased. These results indicated that ERK5 is involved in negative selection signaling in the thymus.

ERK5は、転写因子であるMEF2CおよびMEF2Dをリン酸化するが、MEF2Dは神経および血管系のみならず胸腺細胞にも発現しており、T細胞の負の選択において中心的な役割果たすNur77の発現を調節している。従って、ERK5は循環器系のみならず、未熟T細胞の選択過程において重要な働きをしている可能性が考えられる。負の選択は、自己反応性のT細胞を排除する重要なプロセスであり、拡張型心筋症のような自己免疫性の疾患の発症機序にも関与している可能性が考えられる。本発明においては、T細胞の分化過程、特に負の選択に着目して、ERK5の機能の検討を行なった。優勢不能型ERK5遺伝子を過剰発現した胸腺においては、成熟CD4 T細胞および選択後のCD4/CD8ダブル陽性細胞が増加していた。ERK5は、ERK、JNK、p38に続く第4のMAPキナーゼカスケードの一員であり、右心室の形成、血管形成や血管血管平滑筋の分化に重要であることが知られている。これらの結果から、ERK5が胸腺において負の選択のシグナル伝達に関与していることが示された。   ERK5 phosphorylates the transcription factors MEF2C and MEF2D, but MEF2D is expressed not only in the nerve and vasculature but also in thymocytes, and is responsible for the expression of Nur77, which plays a central role in T cell negative selection It is adjusting. Therefore, ERK5 may play an important role not only in the cardiovascular system but also in the selection process of immature T cells. Negative selection is an important process that eliminates autoreactive T cells and may be involved in the pathogenesis of autoimmune diseases such as dilated cardiomyopathy. In the present invention, the function of ERK5 was examined focusing on the differentiation process of T cells, particularly negative selection. In the thymus overexpressing the incapable ERK5 gene, mature CD4 T cells and CD4 / CD8 double positive cells after selection increased. ERK5 is a member of the fourth MAP kinase cascade following ERK, JNK, and p38, and is known to be important for right ventricle formation, angiogenesis, and vascular vascular smooth muscle differentiation. These results indicated that ERK5 is involved in negative selection signaling in the thymus.

dnERK5の発現により成熟CD4シングルポジティブ細胞の割合が増加し、TCRb、CD69、CD2、CD5、LFA-1を高発現するダブルポジティブ細胞が増加したということは何を意味するのか。TCRb、CD69、CD2、CD5、LFA-1はダブルポジティブ細胞が選択を受け、分化が進んだ後に発現が増加することが知られている分子であり、分化マーカーとして使用されている。ゆえにこの結果は、dnERK5の発現により、選択を受けた後のダブルポジティブ細胞が増加したことを意味する。成熟CD4T細胞の数および選択後のダブルポジティブ細胞数が増加したということは、本来ならば負の選択によって排除されていたはずの細胞がdnERK5の過剰発現により負の選択を免れ、生き延びたことを示している。   What does it mean that the expression of dnERK5 increased the percentage of mature CD4 single positive cells and increased the number of double positive cells that highly express TCRb, CD69, CD2, CD5, and LFA-1? TCRb, CD69, CD2, CD5, and LFA-1 are molecules that are known to increase in expression after double positive cells are selected and differentiated, and are used as differentiation markers. This result therefore means that the expression of dnERK5 increased the number of double positive cells after undergoing selection. The increase in the number of mature CD4T cells and the number of double positive cells after selection means that cells that would otherwise have been excluded by negative selection escaped negative selection due to overexpression of dnERK5 and survived. Show.

Pax5欠損プロB細胞を用いた新規のT細胞再構築実験系を確立し、この実験系を利用してERK5のT細胞分化における機能解析を行った。優性不能型ERK5遺伝子を過剰発現した胸腺においては成熟CD4T細胞および選択後のDP細胞が増加していた。これらの結果から、ERK5が胸腺において負の選択のシグナル伝達に関与していることが示された。   A new T cell reconstruction experiment system using Pax5-deficient pro-B cells was established, and functional analysis of T cell differentiation of ERK5 was performed using this experiment system. In the thymus overexpressing the dominant-incapable ERK5 gene, mature CD4 T cells and DP cells after selection increased. These results indicated that ERK5 is involved in negative selection signaling in the thymus.

pMXs-PREP-dnERK5ベクターの構築について述べる。ERK5ノックアウトマウスは心血管系の形成不全がもとで胎生致死となるため、生体内で優性不能型として働くことが知られている変異遺伝子dnERK5を用いた解析を行った。dnERK5はERK5のN末端部分の139アミノ酸残基を欠失しており(Yan et al.Molecular cloning of mouse ERK5/BMK1 splice variants and characterization of ERK5 functional domains. J.Biol.Chem.276(14),10870-10878,2001)、生体内ではオルタナティブスプライシングにより形成される。dnERK5はGTP結合部位を欠失していてリン酸化活性はなく、ERKの上流に位置するMEK5とも相互作用しない。dnERK5遺伝子のPCRクローニングを行い、レトロウイルスベクターpMXs-PREP- dnERK5を得た(図8)。pMXs-PREPベクターとはpMXベクターにIRES-GFPサイトを組み込んだもので、一本のmRNAからdnERK5とGFPが同時に別々のタンパクとして発現される。したがって、GFPの蛍光をモニターすることによりdnERK5のmRNAの発現を確認することができる。またmRNAの安定化を図るためのPRE領域、ピューロマイシン耐性遺伝子により薬剤選択が可能である。   The construction of the pMXs-PREP-dnERK5 vector is described. Since the ERK5 knockout mouse became embryonic lethal due to dysplasia of the cardiovascular system, analysis was performed using the mutant gene dnERK5, which is known to work as a dominant-incapable form in vivo. dnERK5 lacks 139 amino acid residues in the N-terminal part of ERK5 (Yan et al. Molecular cloning of mouse ERK5 / BMK1 splice variants and characterization of ERK5 functional domains. J. Biol. Chem. 276 (14), 10870-10878, 2001), and formed by alternative splicing in vivo. dnERK5 lacks the GTP binding site, has no phosphorylation activity, and does not interact with MEK5 located upstream of ERK. PCR cloning of the dnERK5 gene was performed to obtain a retroviral vector pMXs-PREP-dnERK5 (FIG. 8). The pMXs-PREP vector is a pMX vector in which an IRES-GFP site is incorporated, and dnERK5 and GFP are simultaneously expressed as separate proteins from a single mRNA. Therefore, the expression of dnERK5 mRNA can be confirmed by monitoring the fluorescence of GFP. In addition, drug selection is possible using the PRE region and puromycin resistance gene for mRNA stabilization.

導入遺伝子を高発現する細胞の分取は、dnERK5発現レトロウイルスを感染させた細胞をピューロマイシンで選択後、FACS Vantage(Becton Dickenson)を使用してGFPを高発現する細胞のソーティングを行った。pMXs-PREPベクターでは、GFPの蛍光が強いほど目的の遺伝子のmRNAが多く発現しているという相関関係があるからである。また、FACS Vantageのソーティングは水滴荷電方式を用いたものである。以下、水滴荷電方式の原理を述べる。機械のノズルから噴出するジェット流はノズルの上部に設置された超音波発生装置による振動で、レーザー照射部より2−3mm離れた位置より水滴に分かれ落下する。水滴の形成は、振動に同調させたストロボランプの照射によりビデオモニター上に静止した状態で観察することができる。レーザー光の照射により散乱光と蛍光を検出された細胞をソーティングするには、水流が水滴に分かれる寸前に水流全体にプラスまたはマイナスの電荷を加え、設定領域内の目的の細胞を含む水滴をプラスまたはマイナスに帯電させる。帯電された水滴は落下の途中で、5000Vの電位差を有する2枚の偏向板に引き寄せられ、方向を左右に曲げられて落下する。帯電されなかった細胞を含まない水滴や、目的以外の細胞を含む水滴は垂直に落下して捨てられる。この方式では水滴をプラスとマイナスに帯電できるので、同時に2種類の細胞群を分取することができる。ソーティングを行った結果、GFPを高発現する細胞の割合は、ソーティング前では25%、ソーティング後では75%となり、高発現する細胞が得られた(図9)。   For sorting of cells that highly express the transgene, cells infected with dnERK5-expressing retrovirus were selected with puromycin, and cells that highly expressed GFP were sorted using FACS Vantage (Becton Dickenson). This is because the pMXs-PREP vector has a correlation that the stronger the fluorescence of GFP, the more mRNA of the target gene is expressed. The FACS Vantage sorting uses a water droplet charging method. The principle of the water droplet charging method will be described below. The jet stream ejected from the nozzle of the machine is dropped by water droplets from a position 2 to 3 mm away from the laser irradiation part due to the vibration generated by the ultrasonic generator installed at the top of the nozzle. The formation of water droplets can be observed in a stationary state on a video monitor by irradiation with a strobe lamp synchronized with vibration. To sort cells whose scattered light and fluorescence are detected by laser light irradiation, add a positive or negative charge to the entire water stream just before the water stream splits into water droplets, and add water droplets containing the target cells in the set area. Or make it negatively charged. In the middle of dropping, the charged water droplets are attracted to two deflecting plates having a potential difference of 5000 V, and the direction is bent left and right and falls. Water droplets that do not contain uncharged cells, or water droplets that contain cells other than the target, fall vertically and are discarded. In this method, water droplets can be charged positively and negatively, so that two types of cell groups can be sorted simultaneously. As a result of sorting, the ratio of cells that highly expressed GFP was 25% before sorting and 75% after sorting, and high expressing cells were obtained (FIG. 9).

新規胸腺再構築系の確立は、以下の通りである。Pax5遺伝子欠損プロB細胞は造血幹細胞に似た性質を持つ培養細胞であり(Nutt et al. Commitment to the B-lymphoid lineage depends on the transcription factor Pax5.Nature.401(6753),556-562,1999)、RAG2遺伝子欠失マウスに移入することによりB細胞以外のすべての造血系細胞へ分化する能力を持つ(Rolink et al. Long-term in vivo reconstitution of T-cell development by Pax5-deficient B-cell progenitors.Nature.401(6753),603-606,1999)。RAG2遺伝子欠失マウスは細胞表面抗原としてCD45.1を発現するが、Pax5遺伝子欠損プロB細胞はCD45.2を発現する。従って、胸腺の細胞表面抗原をフローサイトメトリーで解析することにより、胸腺細胞が再構築されたものかRAG2遺伝子欠失マウス本来のものかを区別できる(図10)。
RAG2遺伝子欠失マウスの胸腺細胞のうちCD45.1陽性細胞(93%)にゲートをかけ、CD4とCD8の発現を解析すると、ほぼすべての細胞(96%)がCD4/CD8ダブルネガティブ細胞であることがわかる。このマウスにPax5遺伝子欠損プロB細胞を尾静注し、3週間後に胸腺を摘出してCD45.1とCD45.2の各分子の発現を解析すると、ほぼすべて(98%)の細胞がCD45.2陽性となる。CD45.2陽性細胞におけるCD4とCD8の発現を解析すると、野生型B6マウスと同様にCD4/CD8ダブルネガティブ細胞(野生型1%、再構築後4%)、CD4/CD8ダブルポジティブ細胞(野生型87%、再構築後79%)、CD4シングルポジティブ細胞(野生型10%、再構築後14%)、CD8シングルポジティブ細胞(野生型2%、再構築後3%)が再構築されている。よって、Pax5遺伝子欠損プロB細胞を利用した胸腺再構築実験系では3週間で胸腺が再構築され、再構築された胸腺細胞はPax5遺伝子欠損プロB細胞由来のものである。
The establishment of a new thymus reconstruction system is as follows. Pax5 gene-deficient pro-B cells are cultured cells having properties similar to hematopoietic stem cells (Nutt et al. Commitment to the B-lymphoid lineage depends on the transcription factor Pax5. Nature. 401 (6753), 556-562, 1999. ) Has the ability to differentiate into all hematopoietic cells other than B cells by transfer to RAG2 gene-deficient mice (Rolink et al. Long-term in vivo reconstitution of T-cell development by Pax5-deficient B-cell progenitors. Nature. 401 (6753), 603-606, 1999). RAG2 gene-deficient mice express CD45.1 as a cell surface antigen, while Pax5 gene-deficient pro-B cells express CD45.2. Therefore, by analyzing the cell surface antigen of the thymus by flow cytometry, it is possible to distinguish whether the thymocytes are reconstructed or are native to the RAG2 gene-deficient mouse (FIG. 10).
When thymic cells of RAG2 gene-deficient mice are gated on CD45.1 positive cells (93%) and analyzed for CD4 and CD8 expression, almost all cells (96%) are CD4 / CD8 double negative cells. I understand that. When Pax5 gene-deficient pro-B cells were intravenously injected into this mouse and the thymus was removed 3 weeks later and the expression of each molecule of CD45.1 and CD45.2 was analyzed, almost all (98%) cells were CD45. 2 is positive. When CD4 and CD8 expression in CD45.2 positive cells was analyzed, CD4 / CD8 double negative cells (wild type 1%, 4% after reconstruction), CD4 / CD8 double positive cells (wild type) as in wild type B6 mice. 87%, 79% after reconstitution), CD4 single positive cells (10% wild type, 14% after reconstitution), CD8 single positive cells (2% wild type, 3% reconstitution). Therefore, in the thymus reconstruction experiment system using Pax5 gene-deficient pro-B cells, the thymus is reconstructed in 3 weeks, and the reconstructed thymocytes are derived from Pax5 gene-deficient pro-B cells.

dnERK5発現胸腺細胞における、成熟CD4シングルポジティブT細胞の割合の増加について述べる。GFP高発現細胞にゲートをかけ、ゲート内の細胞についてCD4/CD8の発現プロファイルの解析を行った。dnERK5発現細胞から再構築された胸腺細胞での成熟CD4シングルポジティブT細胞の割合は70%で、対照の41%に比べると増加していた。(図11)
CD4/CD8ダブルポジティブT細胞の割合は15%で、対照の44%に比べて減少していた。CD8シングルポジティブT細胞の割合は8%で、対照の6%とほとんど差は認められなかった。
The increase in the proportion of mature CD4 single positive T cells in dnERK5-expressing thymocytes is described. The cells expressing high GFP were gated, and the expression profiles of CD4 / CD8 were analyzed for the cells in the gate. The proportion of mature CD4 single positive T cells reconstituted from dnERK5-expressing cells was 70%, an increase compared to 41% of controls. (Fig. 11)
The proportion of CD4 / CD8 double positive T cells was 15%, which was reduced compared to 44% of the control. The proportion of CD8 single positive T cells was 8%, which was almost the same as 6% of the control.

dnERK5発現ダブルポジティブ細胞では、分化の進んだ細胞が多く存在することを以下に示す。再構築された胸腺細胞の中でも、CD4/CD8ダブルポジティブ細胞において各種分化マーカーの発現を解析した (図12) 。dnERK5発現細胞から再構築されたダブルポジティブ細胞でのTCRb高発現細胞の割合は37%で、対照の10%に比べて増加していた。CD69高発現細胞の割合は36%で、対照の13%に比べて増加していた。CD2高発現細胞の割合は70%で、対照の57%に比べて増加していた。CD5高発現細胞の割合は67%で、対照の43%に比べて増加していた。LFA-1高発現細胞の割合は71%で、対照の48%に比べて増加していた。以上の結果から、3.5 dnERK5発現ダブルポジティブ細胞では、分化の進んだ細胞が多く存在していることが示された。   In dnERK5-expressing double positive cells, it is shown below that there are many cells with advanced differentiation. Among the reconstructed thymocytes, expression of various differentiation markers was analyzed in CD4 / CD8 double positive cells (FIG. 12). The percentage of TCRb high-expressing cells reconstructed from dnERK5-expressing cells was 37%, an increase compared to 10% of the control. The proportion of cells expressing high CD69 was 36%, an increase compared to 13% of the control. The percentage of CD2 highly expressing cells was 70%, an increase compared to 57% of the control. The percentage of cells expressing high CD5 was 67%, which was higher than 43% of the control. The ratio of LFA-1 highly expressing cells was 71%, which was higher than 48% of the control. From the above results, it was shown that in the 3.5 dnERK5-expressing double positive cells, there are many well-differentiated cells.

dnERK5の発現により成熟CD4シングルポジティブ細胞の割合が増加し、TCRb、CD69、CD2、CD5、LFA-1を高発現するダブルポジティブ細胞が増加したということは何を意味するのか。TCRb、CD69、CD2、CD5、LFA-1はダブルポジティブ細胞が選択を受け、分化が進んだ後に発現上昇することが知られている分子であり、分化マーカーとして使用されている。ゆえにこの結果は、dnERK5の発現により、選択を受けた後のダブルポジティブ細胞が増加したことを意味する。成熟CD4T細胞の数および選択後のダブルポジティブ細胞数が増加したということは、本来ならば負の選択によって排除されていたはずの細胞がdnERK5の過剰発現により選択を免れ、生き延びたことを示している。   What does it mean that the expression of dnERK5 increased the percentage of mature CD4 single positive cells and increased the number of double positive cells that highly express TCRb, CD69, CD2, CD5, and LFA-1? TCRb, CD69, CD2, CD5, and LFA-1 are molecules that are known to increase in expression after selection of double positive cells and advancement of differentiation, and are used as differentiation markers. This result therefore means that the expression of dnERK5 increased the number of double positive cells after undergoing selection. The increase in the number of mature CD4 T cells and the number of double positive cells after selection indicates that cells that would otherwise have been excluded by negative selection escaped selection and survived by overexpression of dnERK5. Yes.

Pax5欠損プロB細胞を用いた新規のT細胞再構築実験系を確立し、この実験系を利用してERK5のT細胞分化における機能解析を行った。優性不能型ERK5遺伝子を過剰発現した胸腺においては成熟CD4T細胞および選択後のDP細胞が増加していた。これらの結果から、ERK5が胸腺において負の選択のシグナル伝達に関与していることが示された。   A new T cell reconstruction experiment system using Pax5-deficient pro-B cells was established, and functional analysis of T cell differentiation of ERK5 was performed using this experiment system. In the thymus overexpressing the dominant-incapable ERK5 gene, mature CD4 T cells and DP cells after selection increased. These results indicated that ERK5 is involved in negative selection signaling in the thymus.

ウイルス産生パッケージング細胞Plat-E(Morita et al.,7(12)1063-1066,2000)の培養にはRPMI1640(GIBCO BRL)に10% FCS(ニチレイ)、1% Penicillin/Streptomycin(GIBCO BRL)、100mM Non-Essential amino acid solution(GIBCO BRL)、10mM HEPES(GIBCO BRL)、1mM Sodium Pyruvate(GIBCO BRL)、55mM 2-ME(GIBCO BRL)、1mg/ml Puromycin(SIGMA)、10mg/ml Blastcidin Sを加えた組成の培地を用いた。Pax5遺伝子欠損プロB細胞のフィーダー細胞であるST2の培養にはIMDM(GIBCO BRL)に10% FCS(ニチレイ)、1% Penicillin/Streptomycin(GIBCO BRL)、100mM Non-Essential amino acid solution(GIBCO BRL)、1mM Sodium Pyruvate(GIBCO BRL)、55mM 2-ME(GIBCO BRL)を加えた組成の培地を用いた。Pax5遺伝子欠損プロB細胞は、あらかじめ3000Rの放射線を照射したST2細胞を播種しておいた細胞培養ディッシュにPax5遺伝子欠損プロB細胞を添加して培養を行った。IMDM(GIBCO BRL)に2%FCS(Hyclone)、1%Penicillin /Streptomycin(GIBCO BRL)、100mM Non-Essential amino acid solution(GIBCO BRL)、10mM HEPES(GIBCO BRL)、0.03%Primatone、2%J558-IL7 supを加えた組成の培地を用いた。すべての細胞はCO2インキュベーター(5%CO2/95%air,37℃)内で培養した。 Viral production packaging cells Plat-E (Morita et al., 7 (12) 1063-1066, 2000) are cultured with RPMI1640 (GIBCO BRL), 10% FCS (Nichirei), 1% Penicillin / Streptomycin (GIBCO BRL) , 100 mM Non-Essential amino acid solution (GIBCO BRL), 10 mM HEPES (GIBCO BRL), 1 mM Sodium Pyruvate (GIBCO BRL), 55 mM 2-ME (GIBCO BRL), 1 mg / ml Puromycin (SIGMA), 10 mg / ml Blastcidin S Was used. ST2 is a feeder cell of Pax5 gene-deficient pro-B cells. IMDM (GIBCO BRL), 10% FCS (Nichirei), 1% Penicillin / Streptomycin (GIBCO BRL), 100 mM Non-Essential amino acid solution (GIBCO BRL) , 1 mM Sodium Pyruvate (GIBCO BRL) and 55 mM 2-ME (GIBCO BRL) were added. Pax5 gene-deficient pro-B cells were cultured by adding Pax5 gene-deficient pro-B cells to a cell culture dish in which ST2 cells irradiated with 3000R radiation had been seeded in advance. IMDM (GIBCO BRL) plus 2% FCS (Hyclone), 1% Penicillin / Streptomycin (GIBCO BRL), 100 mM Non-Essential amino acid solution (GIBCO BRL), 10 mM HEPES (GIBCO BRL), 0.03% Primatone, 2% J558- A medium having a composition to which IL7 sup was added was used. All cells were cultured in a CO 2 incubator (5% CO 2 /95% air, 37 ° C.).

dnERK5遺伝子のPCRクローニングについて述べる。優性不能型として働くことが知られているN末部分を欠失したERK5c遺伝子(以降、dnERK5遺伝子と呼称)をPCRクローニングした。クローニングに用いたPCR増幅用プライマーは、順方向(forward)プライマーとして 5’-tttggatccgccaccatgtacccatacgatgttccagattacgctatggagagcgacctacac-3’ を、逆方向(reverse)プライマーとして 5’-tttggatccgccaccatgtacccatacgatgttccagattacgctatggagagcgacctacac-3’ を用いた。PCRのテンプレートDNAは、プラスミドpBluescriptII KS-ERK5を使用した。PCR反応にはEx Taq DNA polymerase(TaKaRa)、10x concentration buffer、dNTP mixture(TaKaRa)を用いた。100pmole/ml PCRプライマー各1ml、10x concentration buffer 5.0ml、2.5mM dNTP mixture 4ml、Ex Taq DNA polymerase 0.5ml、テンプレートDNA(pBluescriptII KS-ERK5)100ngを含む全量50 mlを使用した。PCRの条件は、95℃ 2分、引き続いて95℃ 30秒、55℃ 30秒、72℃ 3分を20サイクル繰り返し、最終伸長時間72℃ 10分で行った。PCR産物の精製にはQIA quick PCR purification kit(QIAGEN)を使用した。このDNA断片をBamHI(TaKaRa)を用いて制限酵素処理し、同じくBamHI処理したpMXs-PREPベクターとTaKaRa DNA Ligation Kit Ver.2(TaKaRa)を用いてライゲーションした。pMXs-PREPプラスミドあるいはpMXs-PREP-dnERK5プラスミドを用いて大腸菌(Escherichia coli) JM109 (Promega)を形質転換し、組み換え菌を得た。形質転換はヒートショック法で行った。ベクターが導入されたクローンを培養し、QIAGEN Plasmid Maxi Kit(QIAGEN)にてプラスミドを調製した。 BigDye Terminator v3.1(Applied Biosystems)とDye EX Kit(QIAGEN)を使用してプラスミドの全塩基配列を確認した。   The following describes PCR cloning of the dnERK5 gene. The ERK5c gene (hereinafter referred to as dnERK5 gene) lacking the N-terminal part known to work as a dominant-incapable type was PCR cloned. The PCR amplification primers used for cloning were 5'-tttggatccgccaccatgtacccatacgatgttccagattacgctatggagagcgacctacac-3 'as the forward primer and 5'-tttggatccgccaccatgtacccatacgatgttccagattacgctattgaggaccggaccatggacc'cgctatggacacc. As a template DNA for PCR, plasmid pBluescriptII KS-ERK5 was used. Ex Taq DNA polymerase (TaKaRa), 10 × concentration buffer, and dNTP mixture (TaKaRa) were used for the PCR reaction. A total volume of 50 ml containing 1 ml each of 100 pmole / ml PCR primer, 5.0 ml of 10 × concentration buffer, 4 ml of 2.5 mM dNTP mixture, 0.5 ml of Ex Taq DNA polymerase and 100 ng of template DNA (pBluescriptII KS-ERK5) was used. PCR conditions were 95 ° C. for 2 minutes, followed by 20 cycles of 95 ° C. for 30 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, 72 ° C. for 3 minutes, and a final extension time of 72 ° C. for 10 minutes. QIA quick PCR purification kit (QIAGEN) was used for purification of PCR products. This DNA fragment was subjected to restriction enzyme treatment using BamHI (TaKaRa), and ligated using pMXs-PREP vector similarly treated with BamHI and TaKaRa DNA Ligation Kit Ver. 2 (TaKaRa). Escherichia coli JM109 (Promega) was transformed with pMXs-PREP plasmid or pMXs-PREP-dnERK5 plasmid to obtain recombinant bacteria. Transformation was performed by the heat shock method. The clone into which the vector was introduced was cultured, and a plasmid was prepared using the QIAGEN Plasmid Maxi Kit (QIAGEN). The entire nucleotide sequence of the plasmid was confirmed using BigDye Terminator v3.1 (Applied Biosystems) and Dye EX Kit (QIAGEN).

dnERK5発現レトロウイルスの調製は、以下の通りである。pMXs-PREPプラスミドあるいはpMXs-PREP-dnERK5プラスミドをウイルス産生パッケージング細胞Plat-Eに導入するための方法としてリポフェクション法を用いた。あらかじめPoly-L-Lysine(SIGMA)でコートしておいたディッシュにPlat-Eを播種し(5x106個/10 ml culture medium/10cm dish)オーバーナイト培養した。リポフェクション用の無血清培地Opti-MEM(GIBCO BRL)600mlとリポフェクション試薬FuGene 6(Roche)18mlを混合し室温で5分インキュベートした。混合溶液にプラスミドDNA pMXs-PREP-dnERK5 6mgもしくはpMXs-PREP 6mgを加え室温で15分インキュベートし、前日にまいておいたPlat-Eの培養上清に加えた。リポフェクションを行った翌日と翌々日に培地交換を行い、三日後、四日後、五日後にウイルス含有培養上清を回収した。回収した上清を6,000rpm、16時間、4℃で遠心し、ペレットを1ml PBSで再懸濁した。これにより高力価レトロウイルス溶液を得た。 The preparation of dnERK5-expressing retrovirus is as follows. The lipofection method was used as a method for introducing the pMXs-PREP plasmid or the pMXs-PREP-dnERK5 plasmid into the virus-producing packaging cell Plat-E. Pre-Poly-L-Lysine (SIGMA) in a dish that has been coated seeded Plat-E (5x10 6 cells / 10 ml culture medium / 10cm dish ) was over-night culture. Serum-free medium for lipofection Opti-MEM (GIBCO BRL) 600 ml and lipofection reagent FuGene 6 (Roche) 18 ml were mixed and incubated at room temperature for 5 minutes. 6 mg of plasmid DNA pMXs-PREP-dnERK5 or 6 mg of pMXs-PREP was added to the mixed solution, incubated at room temperature for 15 minutes, and added to the culture supernatant of Plat-E that had been dispersed the day before. The medium was changed on the next day and two days after the lipofection, and the virus-containing culture supernatant was collected three days, four days, and five days later. The collected supernatant was centrifuged at 6,000 rpm for 16 hours at 4 ° C., and the pellet was resuspended in 1 ml PBS. This gave a high titer retrovirus solution.

細胞へのレトロウイルス感染、導入遺伝子高発現細胞の分取は、Pax5遺伝子欠損プロB細胞1x106個と高力価レトロウイルス溶液200mlを混合した溶液を37℃、1時間インキュベートし、3000Rの放射線を照射したST2細胞をあらかじめまいておいた細胞培養ディッシュに加え、通常の条件で培養した。16−24時間後にピューロマイシンを2.5mg/mlとなるよう加え、薬剤選択を行った。選択後の細胞1x107 個に対して、FACS Vantage(Becton Dickenson)を使用してGFPを高発現する細胞のソーティングを行った。 Retroviral infection of cells, sorting of high-transgene-expressing cells was performed by incubating 1x10 6 Pax5 gene-deficient pro B cells and 200 ml of high-titer retrovirus solution at 37 ° C for 1 hour, and 3000R radiation ST2 cells irradiated with were added to a cell culture dish prepared beforehand and cultured under normal conditions. After 16-24 hours, puromycin was added to 2.5 mg / ml and drug selection was performed. For 1 × 10 7 cells after selection, cells that highly express GFP were sorted using FACS Vantage (Becton Dickenson).

Pax5遺伝子欠損プロB細胞を利用した胸腺再構築は、ERK5のT細胞分化における機能の検定は、Pax5遺伝子欠損プロB細胞を利用した新規の実験系を用いて行った。Pax5遺伝子欠損プロB細胞1x107個を500−600mlのPBSに懸濁し、42mmナイロンメッシュフィルターに通したあと、RAG2遺伝子欠失マウスに尾静注した。マウス飼育、尾静注、胸腺の摘出は山口大学の動物実験使用指針に従った。 Reconstruction of thymus using Pax5 gene-deficient pro-B cells was performed using a novel experimental system using Pax5 gene-deficient pro-B cells to test the function of ERK5 in T cell differentiation. Seven Pax5 gene-deficient pro-B cells (1 × 10 7 cells) were suspended in 500-600 ml of PBS, passed through a 42 mm nylon mesh filter, and then injected intravenously into RAG2 gene-deficient mice. Mouse breeding, intravenous tail injection, and thymus extraction were in accordance with the Yamaguchi University animal experiment usage guidelines.

胸腺細胞のフローサイトメトリー解析を行なった。Pax5遺伝子欠損プロB細胞をRAG2遺伝子欠失マウスに尾静注して3週間後、再構築された胸腺を摘出し、CD45.1、CD45.2、CD4、CD8、TCRb、CD69、CD2、CD5、LFA-1の発現についてフローサイトメトリー解析を行った。96穴丸底プレートに胸腺細胞を1ウェルにつき1x106個まき、プレートを2,000 rpm、1分、4℃で遠心した。上清をデカントで捨て、各蛍光色素またはビオチンでラベルした抗体(CD45.1-FITC、CD45.2-FITC、CD4-PE、CD8-biotin、CD8-APC、TCRb-biotin、CD69-biotin、CD2-biotin、CD5-biotin、LFA-1-biotin)を10ml加え、遮光下4℃で20分インキュベートした。インキュベート後、FACSメディウム(1xHBSS、BSA、アジ化ナトリウム)を加えてプレートを2回洗った。ストレプトアビジン-Red670試薬を15ml加え、遮光して室温で10分インキュベートした。インキュベート後、プレートを2回洗い、得られたペレットをFACSメディウム200mlで再懸濁し、42mmナイロンメッシュフィルターに通して細胞の塊を除いてからフローサイトメトリー解析に用いた。再構築された胸腺細胞のフローサイトメトリー解析はGFPまたはFITC、PE、TruRedの三色同時解析が可能なFACS Calibur(Becton Dickenson)、あるいはGFPまたはFITC、PE、APC、TruRedの四色同時解析が可能なデュアルレーザー搭載FACS Calibur (Becton Dickenson)を使用した。 Thymocyte flow cytometric analysis was performed. Three weeks after intravenous injection of Pax5 gene-deficient pro-B cells into RAG2 gene-deficient mice, the reconstructed thymus was removed and CD45.1, CD45.2, CD4, CD8, TCRb, CD69, CD2, CD5 Then, flow cytometry analysis was performed for the expression of LFA-1. 1 × 10 6 thymocytes were seeded per well in a 96-well round bottom plate, and the plate was centrifuged at 2,000 rpm for 1 minute at 4 ° C. Discard the supernatant by decantation and label each antibody with fluorescent dye or biotin (CD45.1-FITC, CD45.2-FITC, CD4-PE, CD8-biotin, CD8-APC, TCRb-biotin, CD69-biotin, CD2 -biotin, CD5-biotin, LFA-1-biotin) was added and incubated at 4 ° C. for 20 minutes in the dark. After incubation, FACS medium (1 × HBSS, BSA, sodium azide) was added and the plate was washed twice. 15 ml of Streptavidin-Red670 reagent was added and incubated for 10 minutes at room temperature, protected from light. After incubation, the plate was washed twice, and the resulting pellet was resuspended in 200 ml of FACS medium, passed through a 42 mm nylon mesh filter to remove cell clumps, and used for flow cytometry analysis. Flow cytometry analysis of the reconstituted thymocytes is possible with FACS Calibur (Becton Dickenson) capable of simultaneous three-color analysis of GFP or FITC, PE and TruRed, or four-color simultaneous analysis of GFP or FITC, PE, APC and TruRed A possible dual laser mounted FACS Calibur (Becton Dickenson) was used.

図1は、Pax5欠損プロB細胞前駆体による、T細胞分化の再構成に係わる図である。(a)Pax5-/-マウス(CD45.2)由来のプロB細胞をIL-7存在下に培養した後、致死量以下の放射線を照射したCD45.1、RAG2-/-マウスにトランスファーした。インジェクションしてから4週間後に、胸腺細胞を4-color FACSにより分析した。CD45.1+,CD45.2-(中央の図)またはCD45.1-,CD45.2+(上および下の図)のゲートに入った細胞が示されている(右のパネル)。(b)ベクター(pMXs-puro-GFP)またはpMXs-puro-dnRac1を形質挿入したPax5-/-プロB細胞(左のパネル)の顕微鏡分析結果および結果として得られたプロB細胞由来の胸腺細胞(右のパネル)を示す図である。FIG. 1 is a diagram relating to reconstitution of T cell differentiation by Pax5-deficient pro-B cell precursors. (A) Pro B cells derived from Pax5 − / − mice (CD45.2) were cultured in the presence of IL-7, and then transferred to CD45.1, RAG2 − / − mice irradiated with a sublethal dose of radiation. Four weeks after injection, thymocytes were analyzed by 4-color FACS. CD45.1 +, CD45.2 - (center of the figure) or CD45.1 -, CD45.2 + cells within the gate of (top and bottom) are shown (right panels). (B) Microscopic analysis of Pax5 − / − pro B cells (left panel) transduced with vector (pMXs-puro-GFP) or pMXs-puro-dnRac1 and the resulting pro B cell-derived thymocytes It is a figure which shows (right panel). dn-Rac1を発現している胸腺細胞において、正の選択が損なわれていることを示す図である。(a)ベクターまたはdnRac1形質導入Pax5-/-プロB細胞由来胸腺細胞のCD4とCD8を染色した。GFP陽性gated細胞のCD4/CD8プロファイルが示されている。これらのプロファイルは、3回の独立した試験の代表例である。(b)dnRac1プロB細胞で再構成されたマウスの胸腺細胞を、GFPネガティブ、GFP低発現、GFP高発現ポピュレーションに区分し、それぞれのグループのCD4/CD8プロファイルを示した。(c)GFPポジティブでDPのゲートに入った細胞のTCR発現(左のパネル)を示した(右のパネル)。FIG. 3 shows that positive selection is impaired in thymocytes expressing dn-Rac1. (A) CD4 and CD8 of thymocytes derived from vector or dnRac1-transduced Pax5 − / − pro B cells were stained. CD4 / CD8 profiles of GFP positive gated cells are shown. These profiles are representative of three independent trials. (B) Mouse thymocytes reconstituted with dnRac1 pro-B cells were divided into GFP negative, GFP low expression, and GFP high expression populations, and the CD4 / CD8 profiles of each group were shown. (C) TCR expression (left panel) of cells that were GFP positive and entered the gate of DP was shown (right panel). dn-Rac1の存在下において、TCR誘発アポトーシス(TCR-induced apoptosis)が増加することを示す図である。dnRac1-GFPで形質導入されたPax5-/-プロB細胞由来胸腺細胞およびコントロールのベクターで形質導入されたPax5-/-プロB細胞由来胸腺細胞は、プレートにコートされた種々の抗体または10ng/ml PMA と1mg/ml A23187により、それぞれ6時間の間、活性化された。図3には、GFP 陽性でCD4、CD8ダブル ポジティブな細胞のアネキシンV(Annexin V)染色プロファイルが示されている。It is a figure which shows that TCR-induced apoptosis (TCR-induced apoptosis) increases in presence of dn-Rac1. dnRac1-GFP transduced with Pax5 - / - pro-B cell-derived thymocytes and control vector transduced with Pax5 - / - pro-B cell-derived thymocytes, various coated on the plate an antibody or 10 ng / Each was activated with ml PMA and 1 mg / ml A23187 for 6 hours. FIG. 3 shows Annexin V staining profiles of GFP positive and CD4 and CD8 double positive cells. ドミナント ネガティブRac1(Dominant negative Rac1)がCD4-SPの分化をブロックし、DPK細胞のアポトーシスを増加させることを示す図である。(a)dnRac1形質導入DPK細胞のGFP、FSCおよびTCRbの発現を示す図である。(b)ベクター(pMXs-PREP)とpMXs-PREP-dnRac1形質導入DPK細胞を、DC-Iおよび100ng/ml SEAといっしょに共培養した。指定した培養時間ごとに細胞を回収し、フロー サイトメトリーにより分析した。図4のbにはGFP陽性細胞のフェノタイプが示されている。(c)dnRac1の存在下において、TCR活性化がアポトーシスを誘起することを示す図である。GFPポジティブdnRac1またはコントロールのベクターにより形質導入したDPK細胞を、指定の培養時間ごとに回収してAnnexin Vで染色し、Annexin Vで染色された細胞の比率を、それぞれのグループごとにグラフ上にプロットした。It is a figure which shows that dominant negative Rac1 (Dominant negative Rac1) blocks the differentiation of CD4-SP, and increases the apoptosis of DPK cells. (A) GFP, FSC and TCRb expression in dnRac1-transduced DPK cells. (B) Vector (pMXs-PREP) and pMXs-PREP-dnRac1 transduced DPK cells were co-cultured with DC-I and 100 ng / ml SEA. Cells were collected at the specified incubation time and analyzed by flow cytometry. FIG. 4b shows the phenotype of GFP positive cells. (C) TCR activation induces apoptosis in the presence of dnRac1. DPK cells transduced with GFP-positive dnRac1 or control vector were collected at each designated incubation time and stained with Annexin V. The ratio of cells stained with Annexin V was plotted on the graph for each group. did. dnRac1(dominant negative Rac1)はTCR依存性の初期MAPK活性化(TCR-dependentearly MAPK activation)を阻害しないが、TCRメディエイテッド アクチン重合(TCR-mediatedactin polymerization)は阻害することを示す図である。(a)anti-CD3e 抗体により、DPK細胞は活性化されることを示す図である。指定時間(分)後に、細胞上清(cell lysates)を調製し、anti-phospho-ERKまたはanti-ERK抗体を用いて、ウェスタン ブロットにより分析した。(b)16時間培養後のdnRac1-DPK細胞上のCD5およびCD69の発現量の分析を、FACSにより行なった。APC存在下で16時間培養後の細胞数を、SEA非存在下の結果を点線で、SEA存在下の結果を実線で示してある。(c)TCRメディエイテッド アクチン重合は、dnRac1により阻害されることを示す図である。dnRac1コントロールのベクターまたはdnRac1により形質導入したDPK細胞を、anti-CD3およびCD28モノクローナル抗体を塗布したカバースリップ上で15分間培養後、固定化とpermeabilizedした後、重合したアクチン繊維を検出するため、Alexa594コンジュゲイテッド ファロイディンで染色した。(d)CD4-SP細胞の発生(Generation)がアクチン重合に必要であることを示す図である。アクチン重合のインヒビターであるラトランキュリンA(Latruncullin A)を、図5dに示した量の存在下に、DC-IおよびSEAと一緒に、DPK細胞を3日間、共培養した。FIG. 4 shows that dnRac1 (dominant negative Rac1) does not inhibit TCR-dependent early MAPK activation but inhibits TCR-mediated actin polymerization. (A) It is a figure which shows that a DPK cell is activated by an anti-CD3e antibody. Cell lysates were prepared after the specified time (minutes) and analyzed by Western blot using anti-phospho-ERK or anti-ERK antibodies. (B) The expression levels of CD5 and CD69 on dnRac1-DPK cells after 16 hours of culture were analyzed by FACS. The number of cells after 16 hours of culturing in the presence of APC is indicated by a dotted line in the absence of SEA and by a solid line in the presence of SEA. (C) TCR mediated Actin polymerization is inhibited by dnRac1. DPK cells transduced with dnRac1 control vector or dnRac1 were cultured on a coverslip coated with anti-CD3 and CD28 monoclonal antibodies for 15 minutes, immobilized and permeabilized, and then detected to detect polymerized actin fibers. Stained with conjugated gated phalloidin. (D) It is a figure which shows that generation | occurrence | production (Generation) of CD4-SP cell is required for actin polymerization. DPK cells were co-cultured for 3 days with DC-I and SEA in the presence of the amount shown in FIG. 5d, Latruncullin A, an inhibitor of actin polymerization. アポトーシス関連遺伝子群の発現におけるdnRac1の影響を示す図である。Bcl-2のTCR依存性アップレギュレーションは、dnRac1-DPKにおいて損なわれていた。Bcl-2aおよびNor1の発現の変化は、プレートに固定されたanti-CD3およびanti-CD28抗体と共に16時間 活性化されたDPK細胞において、定量的リアルタイムRT-PCR(quantitative real-time RT-PCR)により決定した。結果は、コントロールのハウスキーピング遺伝子GAPDHとBcl-2aまたはNor1の発現の比として示した。It is a figure which shows the influence of dnRac1 in the expression of an apoptosis related gene cluster. Tcl-dependent upregulation of Bcl-2 was impaired in dnRac1-DPK. Changes in the expression of Bcl-2a and Nor1 were observed in quantitative real-time RT-PCR in DPK cells activated for 16 hours with anti-CD3 and anti-CD28 antibodies immobilized on plates. Determined by. Results were expressed as the ratio of the expression of the control housekeeping genes GAPDH and Bcl-2a or Nor1. Bcl-2の過剰発現が、dnRac1-DPKにおけるCD4-SP発生(generation)およびTCRメディエイテッド アポトーシス(TCR-mediated apoptosis)をレスキューすることを示す図である。(a)ベクター(pMXs-PREP)またはpMXs-PREP-dnRac1のいずれかと、pMI.2-Bcl2および共に形質導入されているDPK細胞を、DC-Iおよび100ng/mlSEAと共に、共培養した。3日後に細胞を回収して、フローサイトメトリーにより分析した。GFP+のCD4およびCD8プロファイル(パネルの上側の2列)、およびGFP+とhCD2+細胞のCD4およびCD8プロファイル(パネルの下側の2列)が示されている。(b)指示した培養時間後の生存CD4-SP(上側のパネル)および全細胞数(下側のパネル)の絶対数をカウントした。GFP陽性細胞の数をカウントした。FIG. 3 shows that overexpression of Bcl-2 rescues CD4-SP generation and TCR-mediated apoptosis in dnRac1-DPK. (A) DPK cells transduced with either vector (pMXs-PREP) or pMXs-PREP-dnRac1, pMI.2-Bcl2 and co-cultured with DC-I and 100 ng / ml SEA. Cells were harvested after 3 days and analyzed by flow cytometry. The CD4 and CD8 profiles of GFP + (upper two rows of the panel) and the CD4 and CD8 profiles of GFP + and hCD2 + cells (lower two rows of the panel) are shown. (B) The absolute number of viable CD4-SP (upper panel) and total cell number (lower panel) after the indicated incubation time was counted. The number of GFP positive cells was counted. dnERK5レトロウイルス発現ベクターの構築を示す図である。It is a figure which shows construction of a dnERK5 retrovirus expression vector. ソーティング法によるGFP高発現細胞の分取画分を示す図である。It is a figure which shows the fractionation of the cell which highly expresses GFP by the sorting method. Pax5欠損プロB細胞とRAG2遺伝子欠失マウス由来細胞との判別に関する図である。It is a figure regarding discrimination | determination of Pax5-deficient pro B cell and a RAG2 gene deletion mouse origin cell. dnERK5発現胸腺細胞のフローサイトメトリー解析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the flow cytometry analysis of a dnERK5 expression thymocyte. DP細胞における各分化マーカーの発現を示す図である。It is a figure which shows the expression of each differentiation marker in DP cell.

Claims (10)

Pax5欠損プロB細胞に機能未知遺伝子を導入し、発現した細胞をRAG2欠損動物に注入する、新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法。   A novel immune cell control / differentiation factor gene search method, in which a function-unknown gene is introduced into Pax5-deficient pro-B cells and the expressed cells are injected into RAG2-deficient animals. Pax5欠損マウス由来プロB細胞に機能未知遺伝子を導入し、発現した細胞をRAG2欠損マウスに注入する、新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法。   A novel immune cell control / differentiation factor gene search method in which a function-unknown gene is introduced into a Pax5-deficient mouse-derived pro-B cell and the expressed cell is injected into a RAG2-deficient mouse. Pax5欠損プロB細胞に機能未知遺伝子を導入し、発現した細胞をRAG2欠損動物に注入して作製した、新規なT細胞再構築試験系。   A novel T cell reconstitution test system prepared by introducing a gene of unknown function into Pax5-deficient pro-B cells and injecting the expressed cells into RAG2-deficient animals. Pax5欠損マウス由来プロB細胞に機能未知遺伝子を導入し、発現した細胞をRAG2欠損マウスに注入して作製した、新規なT細胞再構築試験系。   A novel T cell reconstitution test system prepared by introducing a gene with unknown function into a Pax5-deficient mouse-derived pro-B cell and injecting the expressed cell into a RAG2-deficient mouse. 請求項3または4に記載の新規なT細胞再構築試験系を用いて得られた、Pax5欠損プロB細胞への遺伝子導入を利用した新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法の利用により解明された新規機能を有するRac1。   It was elucidated by using a novel immune cell control / differentiation factor gene search method using gene transfer into Pax5-deficient pro-B cells obtained using the novel T cell reconstitution test system according to claim 3 or 4. Rac1 with new functions. 新規機能を有するRac1が、未熟T細胞の分化過程において胸腺における正の選択のシグナル伝達に関与している、請求項5に記載のRac1。   6. Rac1 according to claim 5, wherein Rac1 having a novel function is involved in positive selection signaling in the thymus during the process of differentiation of immature T cells. 新規機能を有するRac1が、胸腺のβ‐セレクションは必要ではないという特徴を有する、請求項5に記載のRac1。   6. Rac1 according to claim 5, characterized in that Rac1 having a novel function does not require thymic β-selection. 請求項3または4に記載の新規なT細胞再構築試験系を用いて得られた、Pax5欠損プロB細胞への遺伝子導入を利用した新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法の利用により解明された新規機能を有するRac1。   It was elucidated by using a novel immune cell control / differentiation factor gene search method using gene transfer into Pax5-deficient pro-B cells obtained using the novel T cell reconstitution test system according to claim 3 or 4. Rac1 with new functions. 新規機能が、未熟T細胞の分化過程において胸腺における負の選択のシグナル伝達に関与している、請求項7に記載のERK5。   8. ERK5 according to claim 7, wherein the novel function is involved in signaling of negative selection in the thymus during the process of differentiation of immature T cells. Pax5欠損プロB細胞への遺伝子導入を利用した新規免疫細胞制御・分化因子遺伝子探索法の免疫治療への利用。   Utilization of a novel immune cell control / differentiation factor gene search method for immunotherapy using gene transfer to Pax5-deficient pro-B cells.
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