JP2015506366A - 免疫応答を調節する組成物及び方法 - Google Patents

免疫応答を調節する組成物及び方法 Download PDF

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Abstract

樹状細胞においてMHC Iエンドリソソーム交差提示を刺激するステップを含む、MHC I媒介性免疫応答を刺激する組成物及び方法。MHC Iエンドリソソーム交差提示の刺激は、樹状細胞におけるCD74の過剰発現及び/又は抗原のMHC Iエンドリソソーム交差提示経路への標的化を含む。抗原又はその断片と、CD74エンドリソソーム標的化配列とを含む融合タンパク質も提供する。

Description

本発明は、免疫調節の分野、特にMHC I媒介性免疫応答を調節する組成物及び方法に関する。
一次免疫応答の間、樹状細胞は、適応免疫応答を開始する、主要な抗原提示細胞(APC)である。樹状細胞は、死細胞及び抗原タンパク質を含有する細胞残屑を取込み、これらの外来抗原をMHC Iに提示するためにプロセシングする。このプロセシングは、MHC I交差提示と称される。このプロセシングは、ウイルス、腫瘍、自己抗原及び同種移植片に対するCD8+T細胞媒介性応答に必須である。
CD74は、樹状細胞内で働き、哺乳動物の一次免疫応答を制御する、細胞機構の重要な要素である。樹状細胞は、外部の脅威を感知し、次に応答することを可能にする、特殊な経路を保有している。現在までに、主要組織適合クラスI(Major Histocompatability Class I)(MHC I)を、免疫系による病原体の基本的な提示及び認識をもたらす、外来の侵略者を見出し、「衝突」可能にする回路とつなぎ合わせることは誰もできなかった。
本発明の目的は、免疫応答を調節する組成物及び方法を提供することである。本発明の一態様に従って、樹状細胞においてMHC Iエンドリソソーム交差提示を刺激するステップを含む、MHC I媒介性免疫応答を刺激する方法を提供する。MHC Iエンドリソソーム交差提示を刺激するステップは、CD74を樹状細胞において過剰発現させるステップ及び/又は抗原をMHC Iエンドリソソーム交差提示経路に標的化させるステップを含み得る。
本発明の別の態様に従って、抗原又はその断片と、CD74のエンドリソソーム標的化配列とを含む融合タンパク質を提供する。核酸分子、ベクター及び融合タンパク質を発現する細胞も提供する。
本発明の別の態様に従って、CD74依存性MHC I交差提示経路のためのコンパートメントを提供する。このコンパートメントは、エンドリソソームであってよい。
本発明の別の態様に従って、一次免疫応答を刺激するための、カテプシン切断ペプチド及び前記ペプチドのコンカテマーを提供する。
Cd74−/−マウスが、弱い抗ウイルス一次免疫応答を生じる図である。 図1aは、低力価のVSV(組織培養細胞単層又はマウスの50%が感染する2×105の用量)に感染6日後に単離し、その後5日間、VSVNP(52〜59)を用いて刺激したCd74+/+、Cd74−/−及びTap1−/−マウスの脾臓におけるVSVNP(52〜59)特異的(H−2Kb−VSVNP)CD8+T細胞の発生を示す図である。象限の数値はそれぞれの場所の細胞百分率を示す。 図1bは、a(n=3マウス/遺伝子型)において得られた細胞中のH−2Kb−VSVNP(52〜59)特異的CD8+T細胞の頻度を示す図である。 図1cは、aにおけるようなVSV感染及びin vitro追加免疫後に発生したCTLの標準的51Cr放出アッセイを示す図である。*P<0.05(スチューデントt検定)。データは、少なくとも3回の個別の実験の代表である(平均±s.d.)。 Cd74−/−マウスの一次免疫応答誘発の欠損が、それらの抗原提示細胞に存在し、CD4+T細胞とは独立していることを示す図である。 図2aは、VSV(50%の組織培養細胞単層又はマウスが感染する1×105の用量)を注射され、in vitroでVSVNP(52〜59)を追加免疫されたキメラ(n=3)から得られた脾臓におけるVSVNP(52〜59)特異的CD8+細胞の発生を示す図である。 図2bは、aにおけるようなin vitroの追加免疫後に発生したCTLの細胞障害性アッセイを示す図である。表示がある場合は、標的細胞にVSVNP(52〜59)をパルスしてあり、又は非特異的殺傷の対照として未標識のままである。 図2cは、aにおけるようなVSV感染及びin vitroの追加免疫に続く、抗CD4(+Ab)の静脈内注射により、CD4+細胞が枯渇したCd74+/+→Cd74−/−及びCd74−/−→Cd74+/+キメラ(n=3)の脾臓における、H−2Kb−VSVNP(52〜59)に特異的なCD8+T細胞の発生を示す図である。 図2dは、cにおけるようなin vitro追加免疫後に発生したCTLの、bにおけるような細胞障害性アッセイを示す図である。*P<0.05(スチューデントt検定)。データは、3実験(a)、少なくとも3実験(b)、2実験(c)又は3実験(d;平均及びs.d.)の代表である。 Cd74−/−DCが、細胞関連抗原をin vivoで交差提示して、抗原特異性CD8+T細胞をプライミングできないことを示す図である。 図3aは、プロトコルを示す図である:OVAタンパク質又はOVA(257〜264)をパルスされたCd74−/−又はCd74+/+BMDCを、精製CFSE標識CD8+OT−I T細胞と共にBALB/cバックグラウンドのRag1−/−マウスに注射し(左)、3日後、H−2Kb CD8+T細胞の増殖をアッセイした(枠で囲った領域、右)。 図3bは、aにおけるレシピエントマウス(n=3)の脾臓由来のOT−I T細胞の増殖(黒)及び非増殖(灰色)を示す図である。括弧付きの線の上の数字は、CFSE−(分裂)細胞のパーセントを示す。データは2実験の代表である。 交差提示及びクロスプライミングがCd74−/−DCにおいて欠損していることを示す図である。 図4aは、OVAと一緒に37℃(濃い灰色で影を付けた曲線)又は4℃(明るい灰色の線)においてインキュベーション後に、BMDCによるOVA−Alexa Fluor488の取込みを、フローサイトメトリーにより評価した図である。 図4bは、可溶性OVAと一緒に(+OVA)、又は可溶性OVAなしでインキュベーションした(−OVA)脾臓DCにおけるH−2Kb−OVA(257〜264)複合体の形成(上)及び総H−2Kb(影を付けた曲線)、それより下位のバックグラウンド(灰色の線、下)を、フローサイトメトリーにより測定した図である。 図4cは、培地単独(−OVA)、OVA単独(+OVA)又はOVA及びインターフェロン−γ(OVA+IFN−γ)と一緒にインキュベートしたBMDCにおける、フローサイトメトリーにより評価したCD80及びCD40の発現を示す図である。 図4dは、さまざまな濃度の可用性OVA(水平軸)と一緒に、細胞シグナル伝達分子であるGM−CSF単独(上)又はGM−CSF+TNF(中央)又はインターフェロン−γ(下)の存在下でインキュベートした脾臓由来DCによるB3ZT細胞の活性化を、化学発光アッセイにより測定した示す図である。 図4eは、OVAと一緒に、TNFを伴い(下)又は伴わずに(上)インキュベートし、その後、H−2Kb−OVA(257〜264)に対する抗体(赤)及び抗LAMP−1(緑)を用いて同時染色し、光学的に統合した画像として提示した、成熟した脾臓由来DCのICMを示す図である。スケールバー、5μm。 図4fは、TNFの存在下のH−2Kb−OVA(257〜264)とLAMP−1+後期エンドソームとの共局在化定量分析(上)並びにTNF処理を行った、及び行わなかったCd74+/+、Cd74−/−及びTap1−/−DC(>20/系統)の、標準化された総画素数に対する個別画素数として提示した蛍光発光(下)を示す図である。*P<0.05(スチューデントt検定)。データは、2実験(a〜f)(エラーバー(f)、s.d.)の代表である又は同様の結果を有する3回の個別の実験の1実験代表(d;三連の試料の平均±s.d.)からである。 クロロキンを用いた処理による、DCにおけるMHCクラスIのCD74媒介性輸送の阻害を示す図である。 図5aは、未処理のまま(−CQ)又はクロロキンを用いて処理した(+CQ)BMDC、並びに培地単独(青)又は可溶性OVA(赤、上)又はOVAペプチド(赤、下)と一緒にインキュベートしたBMDCにおけるH−2Kb−OVA(257〜264)複合体の形成を、フローサイトメトリーにより測定した図である。 図5bは、未処理のまま又はクロロキンを用いて処理されたBMDCにおける総H−2Kb(緑)を示す図である(青、バックグラウンド)。 図5cは、aのように処理されたBMDCにおける表面H−2Kb−OVA(257〜264)複合体を、標準化された平均蛍光強度(MFI)として提示した図であり、100%は、未処理BMDCにおいて見出されたH−2Kb−OVA(257〜264)複合体の量である。 図5dは、未処理のまま又はクロロキンを用いて処理され、その後、抗H−2Kb(赤)及び抗CD74(緑)を用いて同時染色した成熟BMDCのICMを、光学的に統合した画像として提示した図である。スケールバー、5μm。 図5eは、dにおけるH−2KbとCD74との共局在化の定量化を、総画素数に対する標準化された画素数として提示した図である。 図5fは、完全長(+FL)CD74又はエンドリソソーム輸送モチーフを欠いた(+ Δ2−17)切断型CD74を用いて再構成されたCd74−/−BMDCにより誘導され、可溶性OVAタンパク質又はOVA(257〜264)と一緒にインキュベートされたCFSE−標識OT−I細胞の増殖を示す図である。枠で囲まれた領域の数値は、100%に設定されたCd74+/+対照(一番左)に対するOT−I細胞(CD8+CFSE−)の増殖パーセントを示す。データは、2実験の代表である(エラーバー(c,e)、s.d.)。 CD74が、DCにおいて、ERからエンドリソソームへのMHCクラスIの輸送を調節することを示す図である。 図6aは、抗H−2Kb(緑)+抗CD74(赤、上)又は抗LAMP−1(赤、下)を用いて染色された成熟脾臓DCのICMを示す図である。スケールバー、5μm。 図6bは、LAMP−1+コンパートメント(50DC/マウス系統)におけるMHCクラスIの定量化を、個別画素数/総画素数として提示した図である。 図6cは、抗I−A−I−E(I−Ab;左レーン)、抗CD74(中央レーン)又は抗H−2Kb(右レーン)を用いた、[35S]メチオニン標識Cd74+/+、Cd74−/−、Tap1−/−及びβ2−ミクログロブリン−欠損(B2m−/−)BMDCの免疫沈降(IP)を示す図である。矢印は、41−kDa(上)及び31−kDa(下)のCD74のバンドを示す。 図6dは、抗I−Ab、抗H−2Kb(立体配座依存性)、H−2Kb細胞質ドメインに対する抗体(e−VIII;立体配座独立性)又はトランスフェリン受容体(TFR)に対する抗体を用いた、Cd74+/+DCの溶解物由来タンパク質の免疫沈降、続く抗CD74を用いた免疫ブロット分析を示す図である。一番右(WCL)は、全細胞溶解物(対照)の免疫ブロット分析である。 図6eは、抗CD74を用いたDCの溶解物由来タンパク質の免疫沈降、続く未消化(−)又はEndo H(+)による消化並びに抗MHCクラスIを用いた免疫ブロット分析を示す図である。 図6fは、抗MHCクラスIを用いた、未処理のまま、又はクロロキン若しくはEndo Hを用いて処理された細胞の溶解物由来タンパク質の免疫沈降、続く、抗CD74を用いた免疫ブロット分析を示す図である。バンド強度を、Odysseyソフトウェアを使用して定量化した。レーンの下の数値は、CQ未処理試料に対して標準化されたバンド強度を示す。 図6gは、抗H−2Kbで標識されたDC中のMHCクラスIの内部移行をフローサイトメトリーにより継時的に評価し、4℃においてインキュベートした対照DCと比較した、37℃においてインキュベートしたDCの平均蛍光強度を増加パーセントとして提示した図である。*P<0.05(スチューデントt検定)。データは、2実験(a)、2実験(b;平均±s.d.)、5実験(c)、3実験(d)、3実験(e)、2実験(e)又は2実験(f;エラーバー、s.d.)の代表である。 キメラマウスの末梢分析(Peripheral Analysis)を示す図である。 CD74−/−マウスが、細胞関連抗原をin vivoで交差提示し、有効な一次免疫応答を発生することができないことを示す図である。 CD74−/−DCが脾臓に局在化することを示す図である。
本発明は、MHC I受容体を、免疫細胞内で侵入病原体を含有するコンパートメントに連結する、CD74によるガイド役の発見に基づく。この洗練された回路は、免疫細胞が体内の病原体の存在を認識し、シグナル伝達を可能にし、特殊化T免疫ファイター細胞に警告を与え、この細胞は分裂すること、及び感染細胞を攻撃することによって応答し、それによって病原体を破壊する。特に、本発明は、CD74が、外来性ペプチドを負荷するために、樹状細胞の小胞体からエンドリソソームコンパートメントへのMHC Iの輸送を媒介し、したがって、CD74が、MHC I媒介性CTL応答をプライミングするためのエンドリソソームの樹状細胞交差提示において重要な機能を有するという発見に基づく。したがって、本発明は、MHC I媒介性免疫応答を調節する方法を提供する。
ある実施形態において、CD74依存性MHC Iエンドリソソーム樹状細胞交差提示を調節する化合物及び方法を提供する。ある実施形態において、免疫応答、例えばMHC I媒介性CTL応答を、CD74依存性MHC I樹状細胞交差提示を強化することによって刺激する方法を提供する。CD74依存性MHC I交差提示経路は、例えば、樹状細胞におけるCD74の発現を増加させることによって強化可能である。したがって、ある実施形態において、CD74の発現を強化する化合物及び方法を提供する。
発現ベクターは、細胞において本発明のCD74タンパク質を発現させるために使用可能である。発現ベクターの構築に使用できる適切な発現ベクターは、当業者には明らかであると思われる。このようなベクターが、個体に直接投与可能であることもまた、当業者には明らかであろう。又は、個体由来の細胞が、本発明のポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(DNA又はRNA)を用いて、ex vivoで遺伝子操作可能であり、遺伝子操作された細胞は、その後、個体に提供される。このような方法は当分野において周知である。
さらに、ネズミCD74のアミノ酸配列は当分野において知られており(例えば、NCBI Protein database受託番号P04441.3を参照されたい)、以下に記載する。
1 mddqrdlisn heqlpilgnr prepercsrg alytgvsvlv alllagqatt ayflyqqqgr
61 ldkltitsqn lqleslrmkl pksakpvsqm rmatpllmrp msmdnmllgp vknvtkygnm
121 tqdhvmhllt rsgpleypql kgtfpenlkh lknsmdgvnw kifeswmkqw llfemsknsl
181 eekkpteapp kvltkcqeev shipavypga frpkcdengn ylplqchgst gycwcvfpng
241 tevphtksrg rhncsepldm edlssglgvt rqelgqvtl
ヒトCD74のさまざまなアイソフォームのアミノ酸配列もまた、当分野において知られている(例えば、Genbank受託番号AAH18726.1;AAH24272.1;EAW61729.1;EAW61730.1及びEAW61731.1を参照されたい)。
したがって、本発明のある実施形態において、CD74を発現するポリヌクレオチド及び発現ベクター並びにこのようなポリヌクレオチド及び発現ベクターを利用して、CD74又はこれらの活性断片の発現させる方法を提供する。ある実施形態において、本発明のポリヌクレオチド及び発現ベクターは、限定するものではないが、樹状細胞を含む細胞を、in vivoで遺伝的に操作するために使用される。ある他の実施形態において、本発明のポリヌクレオチド及び発現ベクターは、限定するものではないが、樹状細胞を含む細胞を、ex vivoで遺伝的に操作するために使用され、これらの遺伝子操作された細胞を、その後、個体に投与できる。したがって、ある実施形態において、CD74を過剰発現するように遺伝子操作された樹状細胞を提供する。ポリヌクレオチド、発現ベクター及び細胞は、医薬組成物として、医薬として許容される希釈剤及び担体と共に投与することができる。
上記のように、エンドリソソームが、樹状細胞における交差提示のための主要なコンパートメントであることを示唆する証拠が存在する。本発明のある実施形態において、樹状細胞のエンドリソソームを提供する。ある実施形態において、樹状細胞のエンドリソソームコンパートメントにおいて発生する、MHC Iに提示するためのペプチドを提供する。これらのペプチドは、樹状細胞のエンドリソソームを特異的に標的としている、抗原及びこれらの断片からプロセシングされたペプチドであってよい。
抗原及びこれらの断片の樹状細胞のエンドリソソームコンパートメントへの標的化は、MHC Iの抗原プライミングを強化することができる。したがって、本発明のある実施形態において、樹状細胞のエンドリソソームに対する、抗原及びこれらの断片を含む分子を標的とする化合物及び方法を提供する。例えば、CD74のエンドソームの標的化シグナルは、抗原又はこれらの断片を、樹状細胞中のMHC I抗原プロセシング経路に届けるために使用することができる。本発明のある実施形態において、対象となる抗原又はこれらの断片を含む融合タンパク質及びCD74エンドソーム標的化シグナルを提供する。ある実施形態において、標的化シグナルは、NCBI Protein database受託番号P04441 (配列:ddqrdlisn heqlpil)に記載の配列のアミノ酸2から17を含む。
本発明の融合タンパク質を発現する、ポリヌクレオチド、発現ベクター及び細胞(樹状細胞を含む)もまた提供する。上記のように、適切な発現ベクターは、当業者には明らかであると思われる。融合タンパク質を発現するポリヌクレオチド及び発現ベクターは、限定するものではないが樹状細胞を含む細胞を、in vivoで遺伝子操作するために使用でき、又は限定するものではないが樹状細胞を含む細胞を、ex vivoで遺伝的に操作するために使用でき、その後、これらの遺伝子操作された細胞を、患者に投与することができる。融合タンパク質、ポリヌクレオチド、発現ベクター及び細胞は、医薬組成物として、医薬として許容される希釈剤又は担体と共に投与することができる。
MHC I交差提示の強化は、免疫応答の強化をもたらし得る。特に、CD74依存性MHC Iエンドリソソーム樹状細胞交差提示の強化は、MHC I媒介性CTL応答の刺激をもたらし得る。したがって、本発明のある実施形態において、MHC I媒介性CTL応答を、MHC I エンドリソソーム交差提示を強化するステップによって刺激する方法を提供する。上記のように、MHC I交差提示の強化は、CD74の過剰発現及び/又は抗原又はこれらの断片の、樹状細胞中のMHC I抗原プロセシング経路への標的化を介するものであってよい。これらの方法は、他の免疫刺激方法、例えば、限定するものではないがサイトカインを含む免疫刺激性化合物の投与と組み合わせて、免疫応答をさらに刺激することができる。本発明の化合物及び方法への使用に適切な他の免疫刺激方法及び化合物は、当業者には明らかであると思われる。
当業者は、CTL応答の刺激が、多数の疾患及び/又は病態の予防及び/又は治療に有用であり得ることを、容易に認識すると思われる。例えば、CTL応答の刺激は、限定するものではないが、細菌、プラスモディウム属(plasmodium)及びウイルスを含む細胞内病原体により引き起こされる疾患の予防及び/又は治療、及び/又は癌の治療に有用であり得る。したがって、本発明のある実施形態において、MHC I交差提示経路を刺激するステップによる、細胞内病原体により引き起こされる疾患の予防及び/又は治療の方法を提供する。他の実施形態において、MHC I交差提示経路を刺激するステップによる、癌を治療する方法を提供する。
ある実施形態において、限定するものではないがHIV感染症を含むウイルス感染症の予防及び/又は治療の方法を提供する。ある実施形態において、細菌感染症、例えば、限定するものではないが、結核菌(M.tuberculosis)感染症を含むマイコバクテリア感染症の予防及び/又は治療の方法を提供する。ある実施形態において、限定するものではないが、マラリアの予防及び/又は治療を含む、プラスモディウム属感染症の予防及び/又は治療の方法を提供する。
MHC I抗原のプライミングを強化する化合物及び方法は、ワクチンの免疫原性及び有効性の改善に有用であり得る。したがって、本発明の化合物はアジュバント及び/又はワクチンとして使用可能である。例えば、CD74を発現するポリヌクレオチド、発現ベクター及び/又は樹状細胞は、免疫応答を刺激するために使用可能である。加えて、MHC I交差提示経路を標的とする融合タンパク質(並びに融合タンパク質を発現するポリヌクレオチド及び/又は発現ベクター)は、ワクチンに使用可能である。したがって、ある実施形態において、MHC I交差提示経路を標的とするワクチンを提供する。
ある実施形態において、ワクチンにおいて一次免疫応答を刺激するための、カテプシン切断ペプチド及びこれらのペプチドのコンカテマーを提供する。ある実施形態において、カテプシンはCathepsin Sである。
ある実施形態において、ワクチンの性能を改善する化合物及び方法を提供する。ある実施形態において、癌ワクチンの性能を改善する化合物及び方法を提供する。ある実施形態において、限定するものではないが、HIVを含むウイルスに対するワクチンの性能を改善する化合物及び方法を提供する。ある実施形態において、細菌、例えば、限定するものではないが、結核菌を含むマイコバクテリア属に対するワクチンの性能を改善する化合物及び方法を提供する。ある実施形態において、限定するものではないが、熱帯夏マラリア原虫(Plasmodium falciparum)を含むプラスモディウム属に対するワクチンの性能を改善する化合物及び方法を提供する。
CD74の役割に対する理解はさらに、将来的に個別化された医療選択肢に影響を与え得る、個体間の免疫応答の差を説明し始めることができる。したがって、ある実施形態において、個体のCD74依存性MHC I交差提示経路に基づく、個別化されたワクチンの取り組みを開発する方法を提供する。
MHC I交差提示の阻害は、免疫応答の阻害をもたらし得る。例えば、CD74の発現の欠損は、MHC I交差提示の低下をもたらすことができ、順にMHC I媒介性CTL応答を含むMHC I媒介性免疫応答を低下させることができる。したがって、本発明のある実施形態において、MHC I交差提示を阻害し、それによって、樹状細胞におけるCD74の発現及び/又は活性を阻害するステップによる、MHC I媒介性免疫応答を阻害する方法を提供する。このような方法は、自己免疫疾患の治療及び/又は移植片拒絶反応の予防/阻害に有用であり得る。CD74の発現及び/又は活性を阻害する化合物としては、例えば、アンチセンス化合物及び/又は中和抗体が挙げられる。
MHCI シグナル伝達は、Toll様受容体(TLR)の先天的炎症反応をもたらし得ることが示唆されている。特に、構成的に発現された膜MHC Iが、TLR誘発性先天的炎症反応を減弱させることが見出された(Nature Immunology13:551−559)。したがって、本発明のある実施形態において、MHCI シグナル伝達を緩和することにより、先天的免疫応答を緩和する方法を提供する。
免疫応答に対する本発明の化合物の効果は、in vivoで動物モデルにおいて試験することができる。例えば、免疫応答は、抗原提示細胞及びT細胞を、RAG−/−免疫欠損マウスにおいて再構成することにより、in vivoで評価可能である。したがって、本発明のある実施形態において、マウスを樹状細胞及びCD8+T細胞により再構成するステップ、及びマウスにおいて免疫応答を分析するステップを含む、RAG−/−免疫欠損マウスにおいて免疫モジュレーター及び/又はアジュバントをスクリーニングする方法を提供する。免疫モジュレーターの候補は、再構成後、マウスに直接投与可能である、並びに/或いはRAG−/−マウス内に注射する前に、樹状細胞及び/又はT細胞に直接投与可能である。
CD74欠損のマウス及び/又は樹状細胞はまた、MHC I交差提示経路を標的とするワクチンの開発に使用可能である。例えば、このようなマウス及び細胞は、MHC Iにより交差提示されるペプチドの同定に有用であり得、したがって、一次免疫応答の刺激に有用であり得る。本明細書に記載の本発明をさらに理解するために、以下に実施例を記載する。これらの実施例が、本発明の例示的な実施形態の記載を意図するものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことが理解されるだろう。
CD74依存性MHCクラスIエンドリソソーム交差提示経路。
免疫応答は、外来性抗原を交差提示する樹状細胞(DC)により開始され、プライミングされる。シャペロンCD74(インバリアント鎖)は、主要組織適合複合体(MHC)クラスIIとの関連で、DCのプライミングを排他的に促進すると考えられる。しかし、本明細書において、DC中のCD74依存性MHCクラスI交差提示経路が、ウイルスタンパク質抗原及び細胞関連抗原に対する、MHCクラスI拘束性の、細胞溶解性Tリンパ球(CTL)応答の発生において主要な役割を有しことを実証する。CD74は、DCの小胞体においてMHCクラスIと会合し、外来性ペプチドを負荷するために、エンドリソソームコンパートメントへMHCクラスIの輸送を媒介する。CD74が、MHCクラスI媒介性CTL応答をプライミングするためのエンドリソソームDC交差提示において、今まで発見されていなかった生理学的機能を有することが結論付けられる。
一次免疫応答の間に、樹状細胞(DC)は、主に交差提示及びT細胞のクロスプライミングを介して適応免疫応答を開始する、主要な抗原提示細胞である。これは、細胞外抗原の取込み、細胞関連抗原断片の消化及び主要組織適合複合体(MHC)クラスI及びMHCクラスII分子両方に関するタンパク質分解ペプチド産物の提示を伴う1。MHCクラスIに関して、どのようにこの過程が起こるかを説明可能な2つの中心的経路:in vitroで機能することが説得力を持って示されるサイトゾル経路2〜5及び特定の抗原に対してin vivoで主要な役割を有することが示される液胞経路がこれまで記載されている6〜8。交差提示の「phago−ER」(小胞体媒介性食作用)モデルは、交差提示の優勢な経路と考えられた9。その後のデータによって、その結論が議論された10。この論争に寄与した1つの要因は、多くの場合、排他的ではなく、動的な細胞小器官の生合成及び分配の間に単に濃縮される細胞内タンパク質を、特定の細胞小器官に限定的なマーカーとして指定した、データの過剰解釈であると思われる。さらに、外来性抗原の異なる形態の研究から、及び長期DC細胞系の研究と新たに単離されたDCとの研究を対比することにおいて、対照的な結論が推論できる。
液胞経路において、cathepsin Sは、ペプチド受容性MHCクラスI分子に負荷される抗原ペプチドを発生するプロテアーゼとして同定されている11。さらに、細胞内膜の融合の間のドナーとアクセプターとの係留及びドッキングを調節する膜及びサイトゾルのSNAREタンパク質もまた、交差提示事象において基本的な役割を有すると思われる12。しかし、クロスプライミングコンパートメントにおけるMHCクラスIの供給源、その輸送の機序及びペプチド負荷の部位は、依然として活発な研究領域である8,13。
リサイクリングMHCクラスIのエンドソーム内への自発的な内部移行が実証されている14,15。公表された結果は、MHCクラスIの、細胞膜からエンドリソソーム負荷コンパートメントへのリサイクリングが、MHCクラスIの細胞質尾部において見出されるチロシン内部移行シグナルの認識によって容易にされるモデルを裏付ける8,13。したがって、細胞膜からリサイクルされるMHCクラスI分子は、交差提示への参加を定められた、外来性抗原を負荷するためのMHCクラスIの一供給源である8,13。同様に、MHCクラスIの、小胞体(ER)からエンドサイトーシスコンパートメントへの運搬もまた提唱されている。これは、ファゴソームとERとの融合を伴う機序により起こり得る9。代替の、補足的な仮説候補は、ERにおいてMHCクラスIIと関連があり、それによってペプチドの早期結合を防止し、CD74細胞質尾部に存在する局在化シグナルにより、エンドサイトーシス経路への輸送を媒介すること1,16が公知であるシャペロンCD74(インバリアント鎖)が、MHCクラスIと結合し、一部のMHCクラスIを液胞エンドサイトーシスコンパートメントへ送達し、交差提示において機能できることである17,18。この機序は、ペプチド受容性MHCクラスIを、外来性抗原及びMHCクラスII分子と同じコンパートメント(又は類似のコンパートメント)であるMIICコンパートメントに同時に配置し19、抗原ペプチドのMHCクラスI分子への負荷及び結合を容易にする。CD74がMHCクラスIの外来性提示のサイトゾルルートに関与するとは考えにくいので、この経路は、MHCクラスIの液胞経路への運搬と連結していると思われる20、21。
MHCクラスIとCD74との相互作用及びそれらの同じコンパートメント中の同時局在化が、ヒト細胞系において実証されている17〜19。長年の例に基づき、MHCクラスI−CD74相互作用が、おそらく、MHCクラスIのエンドソームへの運搬の運命を生理学的条件下で調節しない22ことが結論付けられたが、他の対照的な研究は、CD74を発現するようにトランスフェクトされた細胞が、多様な対立遺伝子によりコードされたMHCクラスIを、より多く表面に発現することを実証しており、このことは、MHCクラスI−CD74相互作用が機能的重要性を有し得ることを示唆している23。MHCクラスIとCD74とのin vivoの相互作用の免疫学的妥当性を以下において調査し、外来性抗原の交差提示におけるCD74の明確で重要な役割及びその後のDCによるクロスプライミングを記載する。
結果
CD74は、一次抗ウイルス応答を必要とする。
DCは、直接感染させることができ、したがって、MHCクラスIによる古典的提示を使用し、ナイーブなCD8+T細胞を活性化できる。しかし、低力価でウイルスに感染する際、DCの直接感染は考えにくく、DCの交差提示は、CD8+T細胞応答の発生に関与する優勢な経路である8,24。一次抗ウイルス免疫応答を発生させる交差提示におけるCD74の役割に対処するために、野生型(Cd74+/+)マウス及びCD74欠損(Cd74−/−)マウスを、低用量の水疱性口内炎ウイルス(VSV)に感染させた。本発明者らは、同様に、運搬体TAPが欠損したマウス(Τap1−/−マウス)を感染させ、このマウスは、MHCクラスIの構築及び細胞内運搬が損なわれ、したがって、陰性対照として、不適切な胸腺選択が原因でCD8+T細胞を欠いている25(図1及び図7a)。この感染において、VSVに対するCD8+T細胞の一次応答及びメモリー応答が、CD4+T細胞の不在下で発生し得る26,27。このようにして、交差提示におけるCD74の役割を、CD4+T細胞応答におけるその役割とは関係なく評価可能である。VSV感染後にMHCクラスIに提示される免疫優勢エピトープであるVSV核タンパク質のアミノ酸52〜59(VSVNP(52〜59))(H−2Kb)に対する応答において発生するCD8+T細胞の頻度を評価した。Cd74−/−マウスは、抗原特異的CD8+T細胞を発生する能力がCd74+/+マウスより有意に低い(5.0%対19.0%;図1a、b)。これによって、細胞障害性Tリンパ球(CTL)の殺傷能力が低い免疫応答がもたらされた(図1c)。
骨髄キメラを構築し、VSV感染モデルにおいてクロスプライミングにおけるヘルパーT細胞に関する役割の可能性をさらに排除した26,27。さらに、キメラを使用して、免疫応答の発生の欠損が、造血細胞由来DCの、抗原を交差提示し、T細胞をプライミングする能力に依存するかどうかを確認した。Cd74+/+骨髄(Cd74+/+→Cd74+/+)又はCd74−/−骨髄(Cd74−/−→Cd74+/+)を有するこのCd74+/+マウス及び再構成されたCd74−/−マウスを、Cd74+/+骨髄(Cd74+/+→Cd74−/−)又はCd74−/−骨髄(Cd74−/−→Cd74−/−)により再構成した。正常な量のCD8+T細胞及びCD4+T細胞が、Cd74+/+→Cd74+/+及びCd74−/−→Cd74+/+マウスの末梢において見出された。しかし、少数のCD4+T細胞及びいくらか多いCD8+T細胞が、Cd74−/−→Cd74−/−及びCd74+/+→Cd74−/−マウスにおいて見出された(図7b、c)。これは、Cd74−/−胸腺上皮においてMHCクラスIIがあまり豊富でないため、レシピエントCd74−/−マウスにおいて正の選択が損なわれたことを示していた。
抗ウイルス応答を検査するために、キメラマウスを、低力価のVSVに感染させ、VSVNP(52〜59)特異的CD8+T細胞の発生を、四量体分析及びCTLキリングアッセイ(killing assay)により評価した(図2)。CD4+T細胞数が少ないCd74+/+→Cd74−/−マウスは、VSVNP(52〜59)特異的CD8+T細胞を、野生型Cd74+/+→Cd74+/+キメラと同様に産生でき(1.1%対1.2%;図2a)、同様の殺傷能力を有する免疫応答をもたらした(16.8%対1.9%;図2b)。しかし、Cd74−/−→Cd74+/+マウスは、正常なCD4+T細胞を有するにもかかわらず、VSVNP(52〜59)特異的CD8+T細胞の発生が大いに損なわれ(0.2%;図2a)、より低いCTLの殺傷応答をもたらした(18.0%対4.5%;図2b)。このことは、VSV特異的CTL応答の発生が、CD4+T細胞の数とは独立していたことを示唆した。明白にCD74を発現する骨髄由来抗原提示細胞が要求され、Cd74−/−マウスに、Cd74+/+マウスの抗ウイルス免疫応答と同様の、強固な抗ウイルス免疫応答を生じさせた。
CD4+細胞の枯渇は、抗VSV応答に影響を与えない。
次に、Cd74−/−マウスにおける正の選択の機能障害からもたらされる、Cd74+/+→Cd74−/−キメラ中の残存CD4+T細胞が、それらの抗ウイルス免疫応答の効率に寄与する可能性を除外した。感染の過程の間、Cd74+/+→Cd74−/−キメラを、CD4に対するGK1.5抗体(抗CD4)をそれらに注射することによって、CD4+細胞を枯渇させた。CD4+細胞は、バックグラウンドに対してほぼ完全に検出不可能であるが、CD4+細胞が枯渇したCd74+/+→Cd74−/−キメラは、VSVNP(52〜59)に特異的なCD8+T細胞を、Cd74−/−→Cd74+/+キメラより有意に多く産生し(13.5%対4.1%;図2c)、より溶解作用の高い免疫応答をもたらした(14.0%対4.9%;図2d)。これらのデータをまとめると、Cd74+/+→Cd74−/−キメラが、Cd74−/−→Cd74+/+キメラよりも、より強力な抗VSV応答を備えていたことが確認された。これは、CD4+T細胞とは独立しているが、その代わりに、抗ウイルスCD8+T細胞応答を完全にプライミングできる野生型DCによるCd74−/−マウスの再構成が原因であった。
細胞関連抗原のクロスプライミングは、CD74依存性である。
細胞関連抗原に対する一次免疫応答におけるCD74の役割を調査するために、致死的な放射能を浴びたオボアルブミン(OVA)をパルスされたDC又は細胞関連抗原の供給源としてOVAをパルスされた宿主と不一致のMHCクラスIを有するDCを、CTLを活性化するために、Cd74+/+マウス、CD4+細胞を枯渇させたCd74+/+マウス及びCd74−/−マウス並びに再構成されたマウスキメラに使用した。細胞関連OVAを初回免疫された野生型免疫系を有するマウスは、OT−Iトランスジェニックマウス由来のCD8+T細胞の増殖を誘導できたか(図8)、又はOVAアミノ酸257〜264(OVA(257〜264))をパルスされた標的細胞の殺傷において効率の良い内在性CTLを活性化できた(データ示さず)。しかし、細胞関連OVAの同じ初回免疫により、CD74を欠損した造血系を有するマウスは、OT−I CD8+T細胞の増殖をあまり刺激できず、内在性CTLを産生が少なく、これが殺傷能力の低下に寄与した(図8及びデータ示さず)。
CD74依存性クロスプライミングは、CD4+T細胞とは独立している。
DCクロスプライミングの欠陥に焦点を合わせ、CD4+ヘルパーT細胞の要求を含む外来因子の寄与を除外するために、Cd74−/−及びCd74+/+DCを、OVAタンパク質又はOVA(257〜264)ペプチドと一緒にインキュベートし、それらの細胞を、サイトゾル染料のCFSEで標識された、精製OT−I CD8+T細胞と併せて、BALB/cバックグラウンドのT細胞欠損組換え活性化遺伝子1欠損(Rag1−/−)マウスに注射した。OT−I T細胞をクロスプライミングする、DCの能力を評価した(図3a)。Cd74−/−DCは、OVAタンパク質と一緒にインキュベートした場合、OT−Iの増殖の誘導はCd74+/+DCよりかなり少なかった(18%対48%;図3b)。しかし、DCに、直接提示の陽性対照としてOVA(257〜264)ペプチドをパルスした場合、Cd74−/−DCは、CD8+ OT−I T細胞の活性化において、Cd74+/+DCと同等の能力があった(59.5%対60.0%;図3b)。
脾臓への注射部位からの、DCの運動性及びホーミングにおけるCD74の交絡的役割の可能性に対処するために28、静脈内注射後のCFSE標識DCの局在化29を評価した(図3b及び図9)。Rag1−/−マウスに静脈内注射されたCd74+/+及びCd74−/−DCは、同等に脾臓に局在化した。したがって、T細胞増殖を誘導するCd74−/−DCの能力の低さは、DCの遊走の差が原因ではないが、抗原をプロセシング及び提示する能力の低さが原因であった。CD74が、MHCクラスIによる細胞関連抗原の交差提示及びin vivoのCD8+T細胞のプライミングにおいて重要な役割を有し、CD4+ヘルパーT細胞又はDCのCD74媒介性運動性とは関係が無いことが結論付けられた。
CD74欠損DCは、クロスプライミング能力が損なわれた。
H−2Kb拘束性オボアルブミンエピトープOVA(257〜264)をin vitroで交差提示する、さまざまなマウス系統の脾臓由来DCの能力を評価した。DCを、可溶性OVAと一緒に、サイトカインを伴い、又は伴わずにインキュベートし、細胞をH−2Kb−OVA(257〜264)複合体に特異的な抗体で染色するか、又は細胞を、H−2Kbと会合したOVA(257〜264)を認識後活性化されるT細胞ハイブリドーマであるB3Zと一緒に培養するかのいずれかに供した30。Cd74+/+及びCd74−/−DCは、OVAの内部移行に対して同様の能力を有し、同様のMHCクラスIの総表面発現を有した(図4a、b)。しかし、OVAと一緒にインキュベーション後、Cd74−/−DCは、Cd74+/+DCより非常に少ないH−2Kb−OVA(257〜264)複合体を有した(図4b)。DCのクロスプライミング能力が、共刺激の上方制御及びMHC分子を誘導し、エンドサイトーシスを減少させる炎症性メディエーターにより、増大されることが示されている31,32。これは、T細胞のプライミングに関するより高い能力をもたらすが、可溶性抗原を捕捉し、提示する、DCの能力が縮小される。共刺激を伴う、in vivo条件に似た状況におけるT細胞の活性化を評価するために、OVAをパルスされたDCを、B3Z T細胞と一緒に、サイトカインを伴い、又は伴わずにインキュベートした。腫瘍壊死因子(TNF)及びインターフェロン−γの存在下で、Cd74+/+及びCd74−/−DCは、共刺激分子であるCD80、CD86及びCD40を上方制御する同等の能力を有したが(図4c及びデータ示さず)、Cd74−/−DCは、B3Z T細胞を、Cd74+/+DCほど活性化できなかった(図4d)。予想通り、細胞を、Tap1−/−マウス由来の、OVAをパルスされたDCと一緒に、サイトカインの存在下でインキュベートした後、T細胞の活性化は検出されなかった。これらのデータは、CD74がT細胞クロスプライミングにおいて役割を有し、共刺激分子の発現に影響を与えないという結論を裏付けた。
CD74は、エンドリソソームのMHCクラスI負荷を媒介する。
分子レベルにおいて、交差提示及びプライミング欠損の機序をより理解するために、比較免疫蛍光共焦点顕微鏡法(ICM)を使用して、TNFを伴う、又は伴わないCd74+/+及びCd74−/−DCにおけるOVA(257〜264)負荷MHCクラスIの細胞内局在化、輸送及び分布を評価した。細胞を、OVAタンパク質と一緒にインキュベートし、H−2Kb−OVA(257〜264)に対する抗体及び後期エンドソームマーカーのLAMP−1に対する抗体を用いて、細胞を細胞内染色した。LAMP−1の共局在化は、TNFを培養液に加えなかった場合、H−2Kb−OVA(257〜264)複合体が染色された、多くのCd74+/+脾臓DCにおいて検出可能であった(図4e、f)。Cd74−/−及びTap1−/−DC中の一部のH−2Kb−OVA(257〜264)複合体を同定したが、後期エンドソームの共局在化は最小であった(図4e、f)。Tap1−/−DC中の負荷されたMHCクラスIの不在は、先に仮定された機序である、交差提示におけるTAPの役割と一致した24,33。TNFを用いた処理後、Cd74+/+DCは、H−2Kb−OVA(257〜264)複合体とLAMP−1との有意に多い共局在化を有したが(図4e、f)、ERマーカーのGRP78又はゴルジマーカーのギアンチン(giantin)とは有意に多い共局在化を有さなかった(データ示さず)。対照的に、Cd74−/−DC中の後期エンドソームコンパートメントにおいてH−2Kb−OVA(257〜264)複合体はほとんど観察されず、これは、後期エンドソームにおいてH−2Kb−OVA(257〜264)複合体の形成が少ないことを示していた(図4f)。ICMデータの比較により、TNFの存在下で、Cd74−/−由来のDCが、後期エンドソームにおいて、Cd74+/+DCより有意に少ないOVA(257〜264)負荷H−2Kbを有したことが示された(62%対32%;図4f)。これらのデータは、DCにおいて、外来性抗原の交差提示を要求する、CD74依存性MHCクラスI抗原プロセシング経路が存在することを示唆した。
CD74は、MHCクラスIをERからエンドリソソームへ指向させる。
CD74の欠損が、後期エンドソームコンパートメントにおいてH−2Kb−OVA(257〜264)複合体を減少させたという発見は、CD74が、MHCクラスIをERからエンドリソソーム経路に標的化させることを示唆した。そこで、CD74はおそらく分解され、MHCクラスIに外来性抗原ペプチドが負荷される。このことをより詳細に検査するために、エンドソームの酸性化を、クロロキンを介してブロックし、CD74媒介性MHCクラスI交差提示経路を評価した。クロロキンを用いて処理された骨髄由来DC(BMDC)が、未処理の対照の表面発現と同等のMHCクラスIの表面発現を有し、OVA(257〜264)ペプチドをパルスした場合、H−2Kb−OVA(257〜264)をディスプレイしたが、可溶性OVAと一緒にインキュベートした場合、クロロキン処理DCは、未処理DCよりはるかに少ない表面H−2Kb−OVA(257〜264)を有したことが見出された(図5a〜c)。ICM分析により、BMDCが、クロロキンを用いた処理後、H−2KbとCD74とのより多くの共局在化を有したことが示された(図5d、e)。このことは、クロロキンを用いた処理が、おそらくMHCクラスII経路に関して報告された様式と同様の様式で、エンドリソソームにおいてMHCクラスIとCD74との解離がブロックされ34、リサイクリングMHCクラスIの分解が阻害されたことにより、より多くのエンドリソソームMHCクラスI分子がもたらされたことを示していた。最終結果は、MHCクラスIへの外来性抗原の負荷の減少及びその後の表面H−2Kb−OVA(257〜264)の減少であった。CD74が、MHCクラスIをエンドリソソームコンパートメントに指向させるという発見を確認し、CD74がMHCクラスI輸送を媒介することを明確に実証するために、CD74欠損BMDCに、完全長CD74又はサイトゾル輸送ドメインを欠いたCD74に関する発現ベクターをトランスフェクトし、OVAタンパク質又はプロセシングの必要性を回避した陽性対照であるOVA(257〜264)ペプチドを提示する、それらの能力を評価した。Cd74−/−DCは、クロスプライミング能力が損なわれ、OT−I T細胞の増殖の誘導がCd74+/+DCよりもはるかに少なかった(図5f)。予想通り、クロスプライミング能力は、完全長CD74を用いて再構成されたCd74−/−DCにおいて復元され、DCは、OT−I T細胞増殖を、野生型DCと同様の能力で誘導できた。しかし、本発明者らが、エンドソーム輸送モチーフを欠いたCD74をCd74−/−DCに再導入した場合、クロスプライミング能力は損なわれたままであり(図5f)、これは、CD74の不在下で、エンドリソソームに指向されるMHCクラスIが少なく、OT−I T細胞のクロスプライミングが少なかったことを実証している。これらのデータをまとめると、CD74が、外来性抗原の効率的な提示が起こるクロスプライミングコンパートメントへの、MHCクラスIの輸送に影響を与えたことを示していた。
CD74とMHCクラスI分子とは、DCにおいて複合体を形成する。
MHCクラスIのクロスプライミングコンパートメントへの標的化のための必要条件として、DCにおけるCD74とMHCクラスIとの相互作用を、分子レベルで調査した。Cd74+/+及びCd74−/−マウスの脾臓由来のDCを、ICMによる分析のために単離した。DCを、抗H−2Kb及び抗CD74で染色し、見出されたH−2Kb分子は、細胞表面及び細胞質に分布し、その場所でH−2Kb分子は主に小胞様コンパートメントに局在化していた。CD74分子は、Cd74+/+DC中のこれらの細胞内コンパートメントで相当に共局在化していた(図6a)。しかし、本発明者らは、Tap1−/−DCにおいてH−2KbとCD74との共局在化が少ないことを観察し、おそらく、H−2Kbの全体の利用能が高速されたことが原因であると思われる(図6a)。
これらの分子が共局在化するコンパートメントを同定するために、脾臓DCを、抗H−2Kb及び抗LAMP−1(後期エンドソームを検出するために)を用いて染色した。相当な割合の後期エンドソームが、Cd74+/+DCにおいてH−2Kbを含有し(図6a)、これにより、相当量のMHCクラスI分子がエンドサイトーシスコンパートメントに存在することが確認された8,21。対照的にごくわずかなH−2Kbが、Cd74−/−DCにおいて、後期エンドソームと共局在化していた(図6a)。この結果は、ICM画像の定量化により確認され、このことは、Cd74−/−DCにおいて、Cd74+/+DCよりも極めて少ないMHCクラスI分子がエンドリソソームコンパートメントを標的としていたことが示していた(73%対47%;図6b)。共局在化は、Tap1−/−DCにおいてもさらに低いことが明らかであり、おそらく、H−2Kb分子のエンドリソソームへの標的化がTAPの不在下で損なわれたことが原因であると思われる。これらのデータは、かなりのMHCクラスI分子がCD74と相互作用して、おそらくERからDCのエンドリソソームコンパートメントへのそれらの運搬を容易にしていたことを示唆した。
DCにおけるMHCクラスIとCD74との間の直接分子相互作用の実証は、これが、DCにおける抗原提示の未だ述べられていない経路であるという議論をさらに強固にした。このことを実証するために、BMDCを、さまざまなノックアウトマウス及び野生型マウスから得て、この細胞を、35Sを用いて標識し、その後、MHCクラスI(H−2Kb)、MHCクラスII(l−Ab)又はCD74に結合した複合体を免疫共沈降させ、これらの複合体中のタンパク質を、それらの見かけの分子量に基づき同定した。MHCクラスIIに対する抗体は、Cd74+/+DC中のCD74の41−キロダルトン(41−kDa)及び31−kDaのアイソフォームを大量に免疫沈降させた(図6c)。抗H−2Kbもまた、それらの同じCD74アイソフォームを沈降させ(図6c)、このことは、常に、CD74が、DC中のMHCクラスI分子の全プールの一部に結合していることを示唆した。分子サイズ41及び31kDaで検出された2種の顕著なタンパク質は、MHCクラスI負荷又は運搬複合体の成分であったと思われる。それらのサイズは、MHCクラスII負荷においてシャペロンとして作用するH−2DM又はH−2DOのサイズと一致するが、それらの同一性は、最終的には未だ決定されていない。CD74の41及び31−kDa型は、Cd74−/−DCには存在せず(図6c)、このことは、CD74の41及び31−kDa型が実際に、MHCクラスI及びMHCクラスII分子と一緒に免疫沈降されたことが示されているCD74の報告されたアイソフォームであったことを示していた17〜19、23。さらに、41及び31−kDaのCD74アイソフォームは、Tap1−/−DC中のH−2Kbと一緒に免疫沈降され(図6c)、このことは、CD74とMHCクラスIとの結合が、TAPのペプチド−運搬体機能に依存していなかったことを示唆した。最終的に、CD74のアイソフォームは、β2−ミクログロブリン欠損DC由来のMHCクラスIと一緒に免疫沈降され(図6c)、このことは、CD74が、フォールディングされたβ2−ミクログロブリン会合MHCクラスI複合体及びβ2−ミクログロブリン非含有MHCクラスI複合体と結合可能であることを示唆した。
その後免疫ブロット分析を使用して、MHCクラスI分子に結合したCD74アイソフォームの同一性を確認した。タンパク質を、抗l−Ab、抗H−2Kb及びエクソン8によりコードされるMHCクラスI分子の領域に対する抗体並びに無関係なトランスフェリン受容体に対する抗体を用いて免疫沈降させ、その後、抗CD74を用いて免疫ブロット分析を行った(図6d)。予想通り、CD74は、MHCクラスII(l−Ab)と会合したが、無関係なタンパク質のトランスフェリン受容体とは会合しなかった(図6d)。CD74は、MHCクラスIと会合することが決定的に同定され(図6d)、このことにより、この相互作用が検出可能であり、この免疫沈降手順において使用された条件下で安定であったことが確認された。
MHCクラスI−CD74複合体は、プレ−ゴルジ(pre−Golgi)コンパートメントにおいて形成する。
次に、MHCクラスIとCD74との間の相互作用の動態及び起源を明確に実証するために、生化学的手段を使用して、この相互作用が起こる細胞内コンパートメントをさらに推定する。分泌経路中のタンパク質は、ゴルジコンパートメントを介してERから輸送し、ゴルジコンパートメントで、それらはマンノシダーゼIIにより切断されるので、それらはエンドグリコシダーゼ(Endo H)に対する耐性を獲得する35。Endo Hに対する感受性が、タンパク質が、ER又はERとシス−ゴルジとの間の「移行領域」に局在することの表れとして作用することは広く受け入れられている。Cd74+/+BMDC由来のCD74結合MHCクラスIは、抗CD74又は抗MHCクラスIを用いて免疫沈降され、免疫沈殿物をEndo Hで処理し、その後、抗MHCクラスI又は抗CD74を用いた免疫ブロット分析を行い、MHCクラスI−CD74複合体のEndo Hに対する感受性を可視化した。本発明者らは、MHCクラスI会合CD74が、Endo Hに対して感受性であったことを見出した(図6e、f)。さらに、クロロキンを用いた処理後、バンド強度がより高いことによって実証されるように、Endo H耐性CD74とMHCクラスIとの会合がわずかに多かった(図6f)。全体として、これらのデータは、CD74とMHCクラスIとの相互作用がERを起源とし、ERにおいてCD74が、MHCクラスI分子の「未熟」部分と結合し、ここからエンドリソソームコンパートメントへの輸送が開始され、交差提示、T細胞プライミング及び一次免疫応答が媒介されることを示唆した8、13。
CD74は、MHCクラスIの内部移行に影響を与えない。
最終的に、CD74と結合したMHCクラスIの供給源を決定するために、本発明者らは、細胞膜からのMHCクラスIのCD74媒介性輸送の役割を調査した。CD74が、表面受容体のリサイクリングにおいて機能するかどうかを決定するために、Cd74+/+及びCd74−/−DCにおけるMHCクラスIの内部移行をモニターした。BMDCを、抗H−2Kbを用いて染色し、フローサイトメトリーを使用して、内部移行を継時的にモニターした。Cd74+/+及びCd74−/−DCは、MHCクラスI内部移行の非常に類似した動態を有した(図6g)。このことは、CD74がMHCクラスIと細胞表面において相互作用せず、交差提示のために細胞内コンパートメントへの内部移行を起こしたことを示した。MHCクラスI分子の細胞質ドメイン中のチロシンに基づくモチーフが、細胞膜からエンドリソソームのクロスプライミングコンパートメントへの、リサイクリングMHCクラスI分子の内部移行にとって非常に重要であることを実証する公表された研究を称賛し8,13、したがって、CD74依存性MHCクラスI輸送の唯一且つ独特な経路を実証した。
考察
MHCクラスII分子による外来性ペプチドの提示対MHCクラスI分子によるサイトゾルペプチドのディスプレイの二分法が見直されている6,8,36,37。MHCクラスI交差提示は、この分割のぼやけを実証するだけでなく、特定の細胞型、例えばDCにとって、この現象が、in vivoの一次免疫応答の発生において主要な役割を果たすことを示す8。さらに、MHCクラスII分子における内在性ペプチドの提示は、MHCクラスI及びクラスII経路がおそらく交差して、それらが同じ抗原負荷コンパートメントを共有可能なことを実証している38。CD74が、MHCクラスIIによる提示において主要なシャペロンとして古典的に認識されるが、CD74及びMHCクラスIもまた相互作用することが示されている17,18,39,40。しかし、CD74の、MHCクラスI媒介性免疫応に対するin vivoの生理学的寄与は調査されておらず、MHCクラスI−CD74相互作用の同定は、生理学的好奇心としてかなり軽視されている。ここで、CD74が、DCにおいて、MHCクラスI交差提示経路に大きく寄与したことが実証されている。これらの研究は、ウイルス抗原及び細胞関連抗原に対する応答の発生における、CD74依存性クロスプライミングに関する主要な役割を同定している。
DC交差提示を介して発生されたCD4+T細胞独立性CTL応答を評価するために、低用量のVSVに感染したモデルを使用した。低ウイルス用量は、大部分のDCが推定上感染を免れ、他の感染細胞が抗原ペプチドドナーとして作用する生理学的状況を模倣し、この状況は、直接又は内在性の提示対交差提示の描写を可能にする。CD74を欠いたマウスが、特に、クロスプライミングが、DCによる直接プライミングよりおそらく優勢である低ウイルス用量に対して、MHCクラスI拘束性CTL応答を発生するそれらの能力を相当に損なうという観察は、MHCクラスI交差提示が、抗ウイルスCD8+T細胞媒介性免疫が、生理学的条件下でin vivoで発生される主要機序であるという結論を裏付けた8、41。本発明者らは、他の研究者らの研究もまた確認し、VSVなどのウイルスに対する、CTLの応答が、CD4+T細胞独立性であり26,27、したがって、MHCクラスII−CD74複合体の機能とは独立していることを実証した。
骨髄キメラの作製は、野生型宿主バックグラウンドのCd74−/−骨髄細胞由来DCの活性の研究を可能にする。それらの研究は、CD74のプライミングの欠陥がDCの起源の欠陥であり、この欠損がDC交差提示のレベルであったことを示したという結論を導いた。さらに、CD74の不在が、50%を超えて低い抗VSV CTLをもたらしたので、CD74依存性クロスプライミングは、重要なMHCクラスI抗原提示経路として同定された。さらに、マウスキメラにより得られた発見は、CD74の欠損が、CD4+T細胞が少ないこととは独立して、VSVに対する一次免疫応答の発生を損なうという観察を裏付けた26,42。このことは、ある場合において、CD4+T細胞が、二次CTL集団拡大にとって必要であるが、一次集団の拡大には必要でないことを実証する、他の公表されたデータと一致する43。T細胞抗原受容体の刺激と一緒に、B7分子によるCD8+CTLの同時刺激は、ヘルパーT細胞なしにCD8+CTLを誘発するために十分であり得る26。又は、CD8+CTL前駆体の2種の異なる系統が存在し、それによって、CD4+T細胞独立性集団が、さまざまなウイルスに対する優勢な応答を提供し、CTL機能を、CD4+T細胞の不在下で喪失させないことが完全に可能である42。
エンドソーム標的化シグナルを欠いたCD74の形態の発現が、DC交差提示及びT細胞のプライミングを補足できなかったことが見出された。しかし、機能性エンドソーム標的化シグナルを含有する野生型CD74分子による再構成がクロスプライミングを復元し、このことは、MHCクラスIが、ERからエンドリソソームへCD74により運搬される機序の提唱を裏付けた。さらに、CD4+T細胞を完全に欠いたRag1−/−マウス中のCd74−/−DCによるCD8+T細胞の不十分な活性化は、DCクロスプライミング機能の欠損は、CD74の不在が原因であったことを明確に実証した。本発明者らの研究において、CD74は、DCのホーミング及び運動性においてin vivoで役割を有するとは思われなかったが、DCによるCD8+T細胞のCD74依存性MHCクラスIクロスプライミングの生理学的に重要な経路を媒介していると思われた。
本発明者らの研究はまた、生理学的条件下でDCにおけるMHCクラスI分子とCD74との間の会合の証拠を提供している。それらは、エンドリソソームにおけるMHCクラスI−CD74複合体の解離後、MHCクラスIの重鎖及びβ2−ミクログロブリンと抗原ペプチドとの再構築が、その後、エンドリソソームコンパートメントにおいて起こることをさらに示唆した44。これに関連して、MHCクラスI−CD74複合体が、依然として後期エンドソームとして同定された液胞様コンパートメントにおいて構築されることを直接実証した。さらに、CD74が、エンドリソソームにおけるMHCクラスIの存在に影響を与えることが確立され、これにより、MHCクラスI−CD74の相互作用が、MHCクラスI分子のサブクラスをエンドリソソーム経路に標的化させるという公表された観察が確認された17。
先に記載されたMHCクラスI細胞質尾部中のチロシン内部移行シグナルは8,13,45、リサイクリングMHCクラスIをクロスプライミングコンパートメントに標的化させる。この機序とは対照的に、DCにおけるCD74の不在が、MHCクラスIの内部移行に影響を与えるとは思われなかったので、CD74とMHCクラスI分子との間の安定な相互作用が細胞膜において起こり、リサイクリングMHCクラスIを指向させるとは考えにくい。本発明者らの結果は、細胞質ドメイン中のチロシン内部移行シグナルにより指向される、MHCクラスIの細胞膜からのリサイクリング、及びMHCクラスIのERから、CD74シャペロンとの結合を介した輸送の両方が、エンドリソソーム経路におけるペプチド受容性MHCクラスIのプールに寄与するモデルを裏付ける。したがって、MHCクラスII分子により使用される様式と類似の様式で、MHCクラスI−CD74複合体はERで形成され、クロスプライミングコンパートメントへ移行するペプチド結合をマスクする立体構造の中に保持され得る。実際に2つの独立した研究が、コアのMHCクラスIIに会合したCD74ペプチドCLIP(MRMATPLLM)(MHCクラスII結合溝に結合したCD74の一部)に由来する小型のペプチドを含むCD74ペプチドが、MHCクラスI分子から溶離可能であることを示している46,47。したがって、このようなペプチは、CLIPのMHCクラスI等価物の強力な候補である。このCLIP由来ペプチドは、MHCクラスIIの状況と類似の早期ペプチド結合を防止できる46,48。このモデルにおいて、CD74の消化及び除去後、MHCクラスIは、高親和性のcathepsin S由来外来性ペプチドを負荷でき11、細胞表面に進行でき、そこで活性化されるように、CD8+T細胞前駆体を効率的にプライミングできる。
要約すると、本明細書の本発明者らの結果及び他の公表されたデータ8,49は、DCにおける交差提示の基本コンパートメントとしてのエンドリソソームの重要性を強調し、本明細書の本発明者らの調査は、MHCクラスI分子の細胞内経路指定及びDCのクロスプライミング機能に関する、MHCクラスI−CD74相互作用の構造的及び機能的関連性を正式に確立した。本発明者らの観察は、免疫応答のプライミングのための未知の経路を定義し、今後の研究は、この過程を完全に解明するべきである。本発明者らの結果は、かなり臨床的に関連があり、DCのエンドリソソームを標的とするワクチン候補が、MHCクラスI及びMHCクラスIIの両方の抗原のプライミングを強化し、それによって、ワクチンの免疫原性及び有効性を改善することを示唆している。
方法
マウス。Cd74+/+(H−2Kb)マウスはCharles Riverから入手した。β2−ミクログロブリン欠損B2m−/−、Tap1−/−、OT−I(H−2Kb)及びRag1−/−(H−2Kd)マウスは、Jackson Laboratoryから入手した。Cd74−/−(H−2Kb)マウスは、D.Mathisから贈呈された。キメラマウスに関しては、ドナー骨髄を、抗Thy−1(MRC OX−7;Abcam)を用いて成熟T細胞を枯渇させ、亜致死的に放射線照射されたレシピエント(1,200rad)に注射した(1×107細胞)。末梢T細胞のサブセットを、抗CD8(53−6.7;BDPharmingen)及び抗CD4(GK1.5、BD Pharmingen)で染色後、フローサイトメトリーにより分析した。CD4+細胞の枯渇に関して、免疫化前及びT細胞評価の48時間前に、マウスに100μgの抗CD4(GK1.5)を注射した50。すべての研究は、British Columbia大学の動物管理委員会(Animal Care Committee)及びカナダ動物管理協会(the Canadian Council on Animal Care)により設定されたガイドラインに従った。
ウイルス感染。VSVを腹腔内注射した(50%の組織培養細胞単層が感染する1×105から2×105の用量である)。注射6日後において、脾臓細胞を、抗CD8(53−6.7)及びH−2Kb−VSVNP(52〜59)又はH−2Kb−OVA(257〜264)iTAg四量体(immunomics−BeckmanCoulter)を用いて染色し、FACSCalibur(Becton Dickinson)及びFlowJoソフトウェアを用いて分析した。脾臓細胞を、1μΜのOVA(257〜264)(SIINFEKL)又はVSVNP(52〜59)(RGYVYQGL)と一緒にさらに5日間培養し、その後、上記のように四量体染色した。細胞障害性アッセイを、記載のように実施した8。
取込みアッセイ。BMDCを、記載のように発生させた8。細胞を、30分間、4℃又は37℃において、OVA−Alexa Fluor488(30μg/ml;Invitrogen)と一緒にインキュベートした。OVAの取込みを、フローサイトメトリーにより分析した。
交差提示アッセイ。BMDCを記載のように発生させるか8、又は脾臓DCを、CDllc+磁気ビーズ(Miltenyi Biotech)を用いて単離した。DCを、15時間、OVA(Worthington)と一緒に、指示がある場合は100μΜのクロロキンと共にインキュベートした。DCを、Fc Block(PharMingen)を用いて染色し、その後、抗H−2Kb(AF.6−88.5)、抗CD80(16−10A1)、抗CD86(GL1)、抗CD40(3/23)(すべてBD Pharmingenから入手)又は抗H−2Kb−OVA(257〜264)(25.D1.16;J.Yewdellから贈呈された)を用いて染色し、フローサイトメトリーにより分析した。クロスプライミングアッセイに関しては、DCを、OVA、GM−CSF(顆粒球−マクロファージコロニー刺激因子;15ng/ml;Sigma)及びTNF(10ng/ml)又はインターフェロン−γ(R&D Systems)と一緒にインキュベートした。B3Z T細胞(N.Shastriから贈呈された)の活性化を、記載のように評価した8。
in vivo研究に関して、Cd74+/+及びCd74−/−BMDCを、2時間、OVA又はOVA(257〜264)(各10mg/ml)と一緒にインキュベートし、Rag1−/−BALB/cマウスに静脈内注射した(1×107細胞)。24時間後、OT−I T細胞を、2.5μΜのCFSE(カルボキシフルオレセインジアセタートスクシンイミジルエステル;Molecular Probes)を用いて標識し、マウスに静脈内注射した(5×106細胞)。脾臓におけるOT−I T細胞の増殖を、フローサイトメトリーにより、CFSE希釈の3日後に評価した。脾臓への局在化を確認するために、CFSE標識DCを、Rag1−/−BALB/cマウスに静脈内注射した。2時間後、脾臓におけるCFSE+細胞の存在を、フローサイトメトリーを用いて評価した。
共焦点顕微鏡法。脾臓由来DCを単離し、固定し、記載のように透過性にした8。交差提示の分析のために、DCを、10時間、OVA(5mg/ml)と一緒に、TNF(10ng/ml)を伴い、又伴わずにインキュベートした。必要に応じて、DCを、50μΜのクロロキンで72時間処理し、その後プロセシングした34。細胞を、抗H−2Kb(AF.6−88.5)、抗CD74(In−1;Fitzgerald)、抗LAMP−1(N19;Santa Cruz Biotechnology)又は抗H−2Kb−OVA(257〜264)(25.D1.16)を用いて染色した。Alexa Fluor488−若しくはAlexa Fluor568−標識ウサギ抗マウス(A−11029、A−11031;Molecular Probes)、Alexa Fluor488−若しくはAlexa Fluor568−標識ウサギ抗ヤギ(A−11078、A−11079;Molecular Probes)又はAlexa Fluor488−標識ヤギ抗マウス(A−11001;Molecular Probes)を、二次抗体として使用した。画像を、Nikon−C1、TE2000−U ICM及びEZ−C1ソフトウェアを用いて得た。データを、ImageJ.1、Open/ab及びAdobe Photoshopを用いて分析した。個々の色の蛍光強度を、総蛍光強度の百分率として表した。
増殖アッセイ。C3H/Heマウス(H−2Kk)由来のBMDCを、15時間、OVA(10mg/ml)と一緒にインキュベートし、マウスに腹腔内注射した(5×106細胞)。OT−I T細胞を標識し、上記のように静脈内注射した。OT−I T細胞の増殖を、3日後に、フローサイトメトリーによりCFSE希釈液として評価した。
トランスフェクション。未熟なBMDCに、完全長マウスCD74(p31 アイソフォーム)又はアミノ酸2〜17を欠いたCD74を含有するpBabeベクター(I.Shacharから贈呈された)を、Amaxa Mouse Dendritic Cell Nucleofectorキットの使用を介してトランスフェクトした。エレクトロポレーションの1日後、DCを、8時間、OVA(20mg/ml)又はOVA(257〜264)(1μΜ)と一緒にインキュベートし、その後、3日間、CFSE標識OT−I CD8+T細胞と一緒にインキュベートした。CFSE希釈液を、フローサイトメトリーにより評価した。
免疫沈降法。BMDCを、1時間、メチオニン−及びシステイン非含有培地においてインキュベートし、その後、30分間、[35S]メチオニン(300μCi/ml)をパルスし、その後、プロテアーゼ阻害剤の「カクテル」(Roche)及びPMSF(フェニルメチルスルホニルフルオリド;40μg/ml)を含有するバッファー(120mMのNaCl、4mMのMgCl2及び20mMのTris−HCI、pH7.6)中0.5%(vol/vol)のNonidet P−40で溶解した。指示があれば、DCを、100μΜのクロロキンと一緒に一晩インキュベートし、その後溶解した。細胞溶解物を、正常ウサギ血清及びprotein A−Sepharose(Pharmacia)と一緒に一晩インキュベートすることにより、予備清澄化した。すべてのMHCクラスIを認識する、エクソン8によりコードされる配列に対する抗体(D.Williams and B.Barberから入手)である、完全にフォールディングしたMHCクラスIを認識する抗H−2Kb(AF6.88.5;BD Pharmingen)、抗I−A−I−E(M5/114.15.2;Becton Dickinson)、抗CD74(In−1;Fitzgerald)及びトランスフェリン受容体に対する抗体(H68.4;Invitrogen)を、免疫沈降法に使用した。試料を、10〜12%のSDS−PAGEにより分離した。ゲルを固定し、Amplify(Amersham Biosciences)を用いて強化し、乾燥させ、Kodak XMRオートラジオグラフィーフィルムに感光させた。又は、試料を、ニトロセルロース膜に転写し、抗CD74(In−1;Fitzgerald)又は抗MHCクラスI(KH95;SantaCruz Biotechnology)を用いた免疫ブロットにより分析した。試料を、エンドグリコシダーゼHfで製造業者のプロトコル(New England Biolabs)に従って消化した。全細胞溶解物を、陽性対照として免疫ブロットにより分析した。マウス免疫グロブリンGに対するロバ抗体(926−32212;Li−Cor Biosciences)及びマウスラット免疫グロブリンGに対するヤギ抗体(A21096;Invitrogen)を、二次抗体として使用した。ブロットを、Odyssey Infrared Imagingを用いて可視化した。
MHCクラスIの内部移行。BMDCを、Fc Block(BD Pharmingen)を用いて染色し、その後、30分間、0℃において、ビオチン化抗H−2Kb(AF6−88.5;BD Pharmingen)を用いて標識した。試料を、37℃又は0℃においてインキュベートした。適切な時間に、DCを、2%(vol/vol)のパラホルムアルデヒドで固定し、ストレプトアビジン−フィコエリトリンを用いて標識し、その後、フローサイトメトリーにより検査した。データを、FlowJoソフトウェアを用いて分析し、内部移行されたMHCクラスIの量を計算した。
統計的分析。スチューデントt検定を使用して、集団間の差を比較した。P値が0.05未満であった場合、差は、統計的に有意であったと考えられる(両側)。
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Claims (7)

  1. 樹状細胞においてMHC Iエンドリソソーム交差提示を刺激するステップを含む、MHC I媒介性免疫応答を刺激する方法。
  2. 前記MHC Iエンドリソソーム交差提示を刺激するステップが、樹状細胞においてCD74を過剰発現させるステップを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記MHC Iエンドリソソーム交差提示を刺激するステップが、抗原を、前記MHC Iエンドリソソーム交差提示経路に標的化させるステップを含む、請求項1に記載の方法。
  4. 抗原又はその断片と、CD74エンドリソソーム標的化配列とを含む融合タンパク質。
  5. CD74依存性MHC I交差提示経路のためのコンパートメント。
  6. エンドリソソームである、請求項5に記載のコンパートメント。
  7. 一次免疫応答を刺激するための、カテプシン切断ペプチド及び前記ペプチドのコンカテマー。
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