大阪大学・呼吸器内科(8研)
大阪大学大学院医学系研究科 呼吸器・免疫アレルギー内科学
Dept. of Respiratory Medicine, Allergy and Rheumatic Disease, Graduate School of Medicine, Osaka University.
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テトラスパニンと呼吸器疾患研究グループ
Tetraspanins research Tetraspanins research | 業績 | スタッフ | 募集
(1)ユニークなタンパクファミリー「テトラスパニン」とは
テトラスパニンは、細胞膜を4回貫通する構造を持つ膜タンパクファミリーで、ヒトではCD9、CD63、CD81、CD82、CD151など33種類のメンバーが知られています。テトラスパニンの機能は、一言でいえば他の膜タンパクと結合してコンプレックスを形成することです。そのためmolecular facilitatorとかmolecular organizerと呼ばれています。例えばテトラスパニンCD9はEWI-2と、CD81はCD19と、CD151はintegrin α3β1と結合してペアーを形成します。さらにテトラスパニンどうしもゆるく結合しあって大きなコンプレックスとなり、細胞膜上にテトラスパニンの豊富なマイクロドメイン (tetraspanin-enriched microdomain, TEM) を構築します。TEMにおいてテトラスパニンがインテグリンなどの機能分子を整然と配置することで、細胞内に正しくシグナルが送られ、細胞運動や細胞融合など細胞骨格のダイナミクスがうまくコントロールされています。インテグリン・パートナーとして自己免疫疾患、神経疾患、感染症、悪性腫瘍における機能解明がすすみ、治療応用の可能性が次々に報告されています(Nat Rev Drug Discov. 2008 Martin Hemler.)
(図1)テトラスパニンの構造 (図2)テトラスパニンファミリー
(2)テトラスパニンと炎症
テトラスパニンが、肺の炎症にどのように関与しているか調べるために、骨髄由来マクロファージを用いてLPSに対する反応を比較しました。CD9ノックアウトマウスのマクロファージをLPSで刺激すると、WTに比べ強い活性化が見られました。LPSの刺激により、CD14やTLR4を主体とする分子の配置が変わり、脂質ラフトと呼ばれる膜ミクロ領域でCD14/TLR4コンプレックスを形成して伝わることが知られています(下図)。我々はCD9ノックアウトマウスではCD14とTLR4の分布が変化し、ラフトにおけるCD14/TLR4コンプレックスの形成が増強していることを見出しました(業績 9、J Immunol. 2009)。実際にCD9ノックアウトマウスにLPSを経鼻投与すると、マクロファージを主体とした炎症細胞の増加を認めました。以上の結果からテトラスパニンはラフトの分子などと相互作用し、膜の配置を整えることにより炎症を制御している可能性が示唆されました。
(図3)テトラスパニンCD9による抗炎症作用 (J Immunol. 2009)
(3)テトラスパニンとCOPD
私たちは大阪大学微生物病研究所細胞機能分野 目加田英輔教授との共同研究でCD9とCD81を同時に欠失させたCD9/CD81ダブルノックアウトマウスを作成したところ、加齢とともに肺胞破壊とマクロファージ主体の炎症細胞浸潤を伴う肺気腫病変を示しました(業績4:JCB 2003, 業績8: JBC 2008)。最近COPDは、体重減少や筋肉萎縮、骨粗鬆症などを高率に合併し、全身性疾患と捉えることが強調されていますが、このDKOマウスは体重減少や骨粗鬆症も示すヒトCOPDに類似したマウスであることを見いだしました。(図4)。CD9/CD81ダブルノックアウトマウスのさらなる解析から、このマウスが加齢とともに、様々な老化表現型(白内障、皮膚萎縮、性腺萎縮、胸腺萎縮、筋肉萎縮)を示すことを見出し、現在そのメカニズムを解析中です。COPDは高齢で発症するだけでなく、喫煙との関連や基礎実験から老化促進肺とみなされていることから、肺気腫様病変だけでなく、老化促進型表現型を示すCD9/CD81ダブルノックアウトマウスは、新たなCOPDモデルマウスになるのではないかと考えています。興味あることに、 COPD 患者の末梢血から単離した単球では、CD9やCD81の発現低下を見出しました(投稿準備中)。
以上の結果から、CD9 やCD81 の発現を増強させる薬剤を見つければ COPD や老化の治療につながるわけですが、私たちは COPD が全身性疾患であることから、既存薬にテトラスパニン の発現増強薬があるのではないかと考え、臨床で使用されている1200 種の薬剤をスクリーニングしました。その結果、CD9/CD81を発現上昇さる薬剤としてスタチンを同定しました(業績16, PLoS One. 2013)。さらに新しい炎症メカニズムとして、メバロン酸経路の活性化やLPS による HDAC 抑制がマクロファージ CD9 を低下させ、炎症を増強することを提唱しました (下図5)。メバロン酸経路を抑制するスタチン、HDAC を活性化するテオフィリンとデキサメタゾンは CD9 発現を増強して抗炎症効果を発揮すると考えられます。
(図4)CD9/CD81二重欠損マウスの表現型 (JCB 2003, JBC 2008)
(図5)CD9を介した炎症制御機構 (PLoS One. 2013)
(4)テトラスパニンと肺線維症
テトラスパニンCD151は上皮細胞に強く発現しており、これまで上皮の形態保持に重要であることが示唆されています。私たちは、CD151 KOマウスを用いた解析により、無刺激で加齢とともに肺線維症に至ること、BLM刺激によりさらなる線維化の増強を示し、その発症機序として肺胞上皮におけるCD151が基底膜への安定な接着を保持することで上皮integrityを保持していると考えられました(業績12:AJRCCM 2012)。さらにヒト肺線維症患者においても、II型肺胞上皮細胞におけるCD151の発現低下を認めた。
以上の研究結果は、CD151が肺で欠損・低下すると肺胞上皮細胞に異常をきたし、肺の線維化が形成されることを示唆する。さらに線維化形成は、加齢や、ブレオマイシン等の肺胞上皮を傷害し得る外部からの刺激によりさらに促進されると推察された。今後 CD151は肺線維症のメカニズム解明の糸口、ならびに新規治療のターゲットとなり得ると考えられた。最近CD151のパートナーであるintegrin α3の遺伝子異常の患者が間質性肺炎を発症することが報告されたことから(NEJM 2012)、今後テトラスパニンCD151についても注目されることが期待されます。
(図6) CD151 KOマウスは肺線維症を示す
(5)テトラスパニンと肺癌
小細胞肺癌は、極めて早期から所属リンパ節や遠隔臓器に転移を起こします。また、インテグリンを介する細胞外基質への接着により神経細胞様の分化を示し、これにより抗癌剤によって引き起こされるアポトーシスから免れていると考えられています。テトラスパニンの中でもCD9 やCD82 は、癌細胞の運動・浸潤を低下させることで癌の転移を抑制することが知られています。私たちは肺癌培養株におけるテトラスパニンの発現を調べ、大部分の小細胞肺癌で CD9 が発現していないこと、CD9 を小細胞肺癌に発現させると細胞外基質上での細胞運動が低下することを見出しました(図7、Oncogene. 2003) 。さらに血清非存在下では、CD9 の発現は小細胞肺癌のアポトーシスを誘導しました (図8、Cancer Res. 2006)。最近私たちは神経タンパクであるカルレティニンが、CD9 の下流でアポトーシスを促進することを見出しました (FEBS Open Bio. 2013)。これらの研究成果から、転移抑制因子CD9が発現していないことが、小細胞肺癌の高い悪性度に寄与していると考えられました。CD9には遺伝子異常が見つかっておらず、何らかの理由で小細胞肺癌ではその発現がswitch-offされていると考えられます。そこでCD9の発現をswitch-onさせる方法がないかを検討することが今後の課題です。
(図7) 小細胞肺癌におけるCD9による運動制御 (図8) 小細胞肺癌におけるCD9とアポトーシス
(6)テトラスパニンと血管新生・リンパ管新生
最近血管新生をターゲットにした治療が臨床応用されています。テトラスパニンは腫瘍だけでなく腫瘍を取り囲む微小環境を構成する細胞(血管内皮、線維芽細胞、マクロファージ)にも様々な程度で発現しています。例えばCD151 KOマウスによる解析から、血管内皮細胞におけるテトラスパニンCD151は、血管新生を促進することで、肺癌細胞の進展を促進することを見出しました(業績7: Blood. 2007)。
そこで私たちは生体を構成するもう一つの脈管であるリンパ管形成におけるテトラスパニンの機能について検討を加えました。リンパ管内皮細胞には、インテグリンと同等レベルのテトラスパニン、なかでもCD9が高発現していること、CD9 KOマウスではin vitro, in vivoにおいてリンパ管新生が低下していることを見出しました(業績13: J Biol Chem. 2013)。さらにそのメカニズムとして、リンパ管形成に鍵となる増殖因子であるVEGFR-3とインテグリンの会合をCD9が促進していることが示唆されました。そのためCD9と相同性の高いCD81を同時に欠失させたDKOマウスにおいては、リンパ管網の低形成を認めました(図9)。以上よりテトラスパニンは、腫瘍細胞だけでなく、血管・リンパ管を含む腫瘍微小環境においても、鍵分子であることが示唆されました。
今後、テトラスパニンは、インテグリンの主要パートナーとして注目されることが期待され、腫瘍と腫瘍微小環境の両面から研究を進めたいと考えています。
(図9)テトラスパニンによるリンパ管形成の制御機構(J Biol Chem. 2013)
研究業績 Tetraspanins research | 業績 | スタッフ | 募集
   英文
  1. Tachibana I, Bodorova J, Berditchevski F, Zutter MM, Hemler ME. NAG-2, a novel transmembrane-4 superfamily (TM4SF) protein that complexes with integrins and other TM4SF proteins. J Biol Chem. 1997 Nov 14;272(46):29181-9.
  2. Tachibana I, Hemler ME. Role of transmembrane 4 superfamily (TM4SF) proteins CD9 and CD81 in muscle cell fusion and myotube maintenance. J Cell Biol. 1999 Aug 23;146(4):893-904.
  3. Funakoshi T, Tachibana I, Takeda Y, Kijima T, Nishino K, Goto H, Yoneda T, Kumagai T, Osaki T, Hayashi S, Aozasa K, Kawase I. Expression of tetraspanins in human lung cancer cells: frequent downregulation of CD9 and its contribution to cell motility in small cell lung cancer. Oncogene. 2003 Feb 6;22(5):674-87.
  4. Takeda Y, Tachibana I, Miyado K, Kobayashi M, Miyazaki T, Funakoshi T, Kimura H, Yamane H, Saito Y, Goto H, Yoneda T, Yoshida M, Kumagai T, Osaki T, Hayashi S, Kawase I, Mekada E. Tetraspanins CD9 and CD81 function to prevent the fusion of mononuclear phagocytes. J Cell Biol. 2003 Jun 9;161(5):945-56.
  5. Yamane H, Tachibana I, Takeda Y, Saito Y, Tamura Y, He P, Suzuki M, Shima Y, Yoneda T, Hoshino S, Inoue K, Kijima T, Yoshida M, Kumagai T, Osaki T, Eishi Y, Kawase I. Propionibacterium acnes-induced hepatic granuloma formation is impaired in mice lacking tetraspanin CD9. J Pathol. 2005 Aug;206(4):486-92.
  6. Saito Y, Tachibana I, Takeda Y, Yamane H, He P, Suzuki M, Minami S, Kijima T, Yoshida M, Kumagai T, Osaki T, Kawase I. Absence of CD9 Enhances Adhesion-Dependent Morphologic Differentiation, Survival, and Matrix Metalloproteinase-2 Production in Small Cell Lung Cancer Cells. Cancer Res. 2006 Oct 1;66(19):9557-65.
  7. Takeda Y, Kazarov AR, Butterfield CE, Hopkins BD, Benjamin LE, Kaipainen A, Hemler ME. Deletion of tetraspanin Cd151 results in decreased pathologic angiogenesis in vivo and in vitro. Blood. 2007 Feb 15;109(4):1524-32.
  8. Takeda Y, Ping He, Tachibana I, Miyado K, Kaneko H, Suzuki M, Minami S, Iwasaki T, Goya S, Kijima T, Kumagai T, Yoshida M, Osaki T, Kitaoka H, Komori T, Mekada E, and Kawase I. Double deficiency of tetraspanins CD9 and CD81 alters cell motility and protease production of macrophages and causes chronic obstructive pulmonary disease-like phenotype in mice. J Biol Chem. 2008 Sep 19;283(38):26089-97.
  9. Mayumi Suzuki, Isao Tachibana, Yoshito Takeda, Ping He, Seigo Minami, Takeo Iwasaki, Sho Goya, Takashi Kijima, Toru Kumagai, Mitsuhiro Yoshida, Tadashi Osaki, and Ichiro Kawase Tetraspanin CD9 negatively regulates lipopolysaccharide-induced macrophage activation and lung inflammation J Immunol 2009 May 15;182(10):6485-93.
  10. Kohmo S, Kijima T, Otani Y, Mori M, Minami T, Takahashi R, Nagatomo I, Takeda Y, Kida H, Goya S, Yoshida M, Kumagai T, Tachibana I, Yokota S, Kawase I. Cell surface tetraspanin CD9 mediates chemoresistance in small cell lung cancer. Cancer Res. 2010 Oct 15;70(20):8025-35.
  11. Takeda Y, Li Q, Kazarov AR, Epardaud M, Elpek K, Turley SJ, Hemler ME. Diminished metastasis in tetraspanin CD151 knockout mice. Blood. 2011 Jul 14;118(2):464-72.
  12. Tsujino K, Takeda Y, Arai T, Shintani Y, Inagaki R, Saiga H, Iwasaki T, Tetsumoto S, Jin Y, Ihara S, Minami T, Suzuki M, Nagatomo I, Inoue K, Kida H, Kijima T, Ito M, Kitaichi M, Inoue Y, Tachibana I, Takeda K, Okumura M, Hemler ME, Kumanogoh A. Tetraspanin CD151 Protects against Pulmonary Fibrosis by Maintaining Epithelial Integrity. Am J Respir Crit Care Med. 2012 Jul 15;186(2):170-80.
  13. Iwasaki T, Takeda Y, Maruyama K, Yokosaki Y, Tsujino K, Tetsumoto S, Kuhara H, Nakanishi K, Otani Y, Jin Y, Kohmo S, Hirata H, Takahashi R, Suzuki M, Inoue K, Nagatomo I, Goya S, Kijima T, Kumagai T, Tachibana I, Kawase I, Kumanogoh A. Deletion of tetraspanin CD9 diminishes lymphangiogenesis in vivo and in vitro. J Biol Chem. 2013 Jan 25;288(4):2118-31.
  14. He P, Kuhara H, Tachibana I, Jin Y, Takeda Y, Tetsumoto S, Minami T, Kohmo S, Hirata H, Takahashi R, Inoue K, Nagatomo I, Kida H, Kijima T, Naka T, Morii E, Kawase I, Kumanogoh A. Calretinin mediates apoptosis in small cell lung cancer cells expressing tetraspanin CD9. FEBS Open Bio. 2013 May 10;3:225-30.
  15. Turner AM, McGowan L, Millen A, Rajesh P, Webster C, Langman G, Rock G, Tachibana I, Tomlinson MG, Berditchevski F, Naidu B. Circulating DBP level and prognosis in operated lung cancer: an exploration of pathophysiology. Eur Respir J. 2013 Feb;41(2):410-6.
  16. Jin Y, Tachibana I, Takeda Y et al. Statins decrease lung inflammation by upregulating macrophage tetraspanin CD9 in mice. PLoS One. 2013 Sep 9;8(9):e73706.
  17. Sun J, Wang J, Pefanis E, Chao J, Rothschild G, Tachibana I, Chen JK, Ivanov II, Rabadan R, Takeda Y, Basu U. Transcriptomics Identify CD9 as a marker of murine IL-10-competent regulatory B cells. Cell Rep. 2015 Nov 10;13(6):1110-7.
  18. Takeda Y, Suzuki M, Jin Y, Tachibana I.Preventive Role of Tetraspanin CD9 in Systemic Inflammation of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Am J Respir Cell Mol Biol. 2015 Dec;53(6):751-60.
 和文
  1. 立花 功、船越俊幹、川瀬一郎 肺癌と転移抑制因子テトラスパニン The LUNG perspective, メディカルレビュー社 vol.11 No.3, 354-361, 2003
  2. 武田吉人、立花 功、川瀬一郎 COPDモデルとしてのテトラスパニンCD9/CD81ダブルノックアウトマウスの解析 International Review of Asthma & COPD vol.11, No.4, 31-36, 2009
  3. 立花 功 分子オーガナイザ CD9 と CD81 ダブルノックアウトマウスにおける肺気腫と骨量減少 呼吸 29:194-210, 2010.
  4. 武田吉人、鈴木真優美、立花 功 COPDにおけるテトラスパニンの役割 The LUNG perspective, メディカルレビュー社 vol.18 No.3, 291-298, 2010
  5. 立花 功、鈴木真優美、武田吉人、山根宏之、和 平、川瀬一郎 マクロファージの活性化におけるCD9 (tetraspanin)の関与 臨床免疫・アレルギー科、53 (2):214-220, 2010
  6. 立花 功、武田吉人、鈴木真優美、川瀬一郎 テトラスパニン CD9 と COPD The LUNG perspective, メディカルレビュー社 vol.19 No.2, 188-193, 2011
  7. 武田吉人、立花 功、熊ノ郷 淳 慢性閉塞性肺疾患と老化 内分泌・糖尿病・代謝内科 Vol.37, No2, 2013
  8. 武田吉人、立花 功、熊ノ郷 淳 テトラスパニンによる肺気腫と肺線維症の病態解明.分子呼吸器病学 Vol.18 No1 2014
  9. 鉄本訓史、武田吉人、木島貴志、立花 功、熊ノ郷 淳 呼吸器疾患と動物モデル 呼吸器学会雑誌 3(5): 630-635, 2014.
  10. 武田吉人 分子オーガナイザー:テトラスパニンからみた呼吸器疾患(肺気腫、肺線維症から老化まで). 呼吸. Vol34, No1. 92-98, 2015
  11. 武田吉人 呼吸器疾患における新規メッセンジャー:エクソソーム. 分子呼吸器病学 2015
  12. 玄山宗到、平田陽彦、武田吉人 COPDにおける慢性炎症  呼吸と循環 Vol64, No2,137-143, 2016
特許
J-GLOBAL - CD9/CD81二重欠損非ヒト動物 【特許】
http://jglobal.jst.go.jp/public/20090422/200903072921377467
報道
武田・立花の論文が日刊工業新聞に掲載されました。(詳細はこちら
辻野・武田の論文がBlue journalに掲載され、全国主要各紙に掲載されました。(詳細はこちら
金・武田のアンチエイジングに関する研究成果が、日経・読売新聞に掲載されました(2013年12月)。(詳細はこちら
海外学会報告
  • 2002 FASEB meeting (invited speaker)
  • 2004 FASEB meeting (invited speaker)
  • 2006 AACR (postar presentation)
  • 2008 FASEB meeting (oral presentation)
  • 2010 4th European Conference on Tetraspanins (oral presentation)
  • 2011 ATS (postar presentation)
  • 2011 FASEB meeting (invited speaker)
  • 2012 5th European Conference on Tetraspanins (oral presentation)
  • 2012 ATS (postar discussion)
  • 2012 Keystone Symposia (oral presentation)
  • 2013 ATS (postar presentation)
  • 2014 ATS (postar discussion)
  • 2016 ATS (postar presentation)
受賞
  • 第17回 Pneumo Forum賞 COPDにおけるtetraspanins CD9/CD81の機能解析
  • 平成23年度 アボットジャパン・アレルギー学術奨励賞
  • 第55回日本老年医学会総会 最優秀演題賞
  • 第55回日本呼吸器学会 熊谷賞(学会賞)(詳細はこちら
スタッフ Tetraspanins research | 業績 | スタッフ | 募集
立花 功 日生病院副院長
武田 吉人 助教
滝本 宣之  
辻野 和之 Dean Sheppard, UCSF 留学中
葉山 義友 大学院生
共同研究募集 Tetraspanins research | 業績 | スタッフ | 募集
テトラスパニンはインテグリンのキーパートナーとして呼吸器疾患だけでなく、様々な疾患において創薬の標的にもなりうるユニークなタンパクファミリーです。大学院生として学位(博士号)を取得することも可能です。一緒に研究して下さる方、共同研究を考えておられる方や興味を持たれた方は、下記までご連絡をお待ちしています。
連絡先
大阪大学大学院医学系研究科 呼吸器・免疫アレルギー内科
武田 吉人
Tel: 06-6879-3833
Fax: 06-6879-3839
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