IRG

免疫関連グアノシントリホスファターゼ（IRG）は、初期の免疫反応の一部として活性化されるタンパク質です。IRG はさまざまな哺乳類で説明されていますが、マウスで最もよく特徴付けられています。ほとんどの場合、IRG の活性化は免疫反応によって誘発され、特定の病原体の排除につながります。

インターフェロン（IFN）誘導性GTPaseには、ミクソウイルス耐性タンパク質（Mx）、グアニル酸結合タンパク質（GBP）、免疫関連GTPaseタンパク質（IRG）、および超巨大誘導性GTPaseタンパク質（VLIG）の4つのタンパク質ファミリーが含まれます。IRGは、感染時に貪食液胞に局在してこれを破壊することにより、液胞病原体に対する耐性を付与します。マウスにおけるIRGの活性化は、インターフェロンによって誘導されます。IRG遺伝子は、さまざまな脊椎動物と一部の無脊椎動物で特定されています。これらは、細胞内病原体に対する重要な免疫防御に関与しており、その結果、それらの病原体による免疫回避の標的となっています。細胞内原生動物寄生虫トキソプラズマは、マウスのIRGを標的とし、宿主の免疫応答からの耐性を可能にすることが示されています。

IRGは無脊椎動物から進化した

脊椎動物の進化の起源を解明する研究は、免疫システムプロセスの発達の理解につながり、さらに、病原体がこれらの選択可能な遺伝的形質を回避し、停止することを学んだ方法と理由に関する疑問に答えることにつながっています。無脊椎動物Branchiostoma floridiaeでは、8つの機能的IRG遺伝子と4つの疑似IRG遺伝子が特定されています。^[1] Liらは、病原体と病原性物質によって誘導されたBranchiostoma japonicumのさまざまな免疫部位での機能的IFN誘導性GTPase遺伝子の発現パターンを決定しました。この証拠は、IRGが頭索動物で免疫関連の能力で機能する可能性を示唆しています。B . japonicumやその他のナメクジウオ種はIFNとIFN受容体遺伝子を持たないため、これらのIRGはIFN活性化経路による誘導なしに機能するというパラドックスが残っています。^{[2] IRGは}カンブリア爆発以前に自然免疫機構として 存在していた可能性があり、脊椎動物の獲得免疫系の進化とともにIFNがIRG機能を調節するように進化した可能性がある。

脊椎動物は全体として IRG 遺伝子の配列を進化させてきたが、これはさまざまな病原体相互作用の進化によるものと考えられる。C57BL / 6 マウスには 23 個の IRG 遺伝子があり、そのうち 21 個は病原体に対する抵抗性に機能する可能性がある（6 個はよく特徴付けられている）が、 ^{[3]ヒトでは機能的な IRG 遺伝子（IRGM）が 1 個と}擬似遺伝子が1 個しか進化していない。^[4] マウスの研究では、さまざまな細胞タイプにおけるタイプ 2 エフェクター分子 IFNγ の重要性が特徴付けられており^{[5] [6]}、これらのタンパク質が細胞内病原体抵抗性に果たす役割が明らかにされている。^[7]

相同遺伝子である Irgc (別名: Cinema) 遺伝子は、ヒトとマウスに存在します。これらの相同遺伝子は IFN 誘導性ではなく、両方の哺乳類の精巣でのみ発現します。^[3] イヌ科とゼブラフィッシュでは複数の IRG 遺伝子が特定されていますが、モデル生物であるテトラオドン科(フグ) ではほとんど確認されていません。ヒトの IRG 遺伝子は、霊長類の分岐で失われたと考えられています。^{[1] [3]}種間および種内の変異は、宿主病原体相互作用のこの特定の要素の進化的変化の速度が速いことを示唆しており、モデルシステムを使用してヒトの免疫学を研究することの限界を理解することの重要性を浮き彫りにしています。

IRGへの依存性は、マウス研究で最もよく例証されています。IRG機能を決定するために、マウスノックアウトモデルを使用した複数の研究が行われてきました。リソソームの成熟と液胞の破壊による病原体除去メカニズムが決定されました。さらに、IRGは感染時の造血バランスの制御に関与しています。マイコバクテリウムに感染したIrg1ノックアウトマウスは、造血幹細胞の不十分な増殖の結果として汎血球減少症を引き起こしました。^[8]

マウスゲノムは23のIRGをコードしており、そのうちのいくつかは多くの細胞型（肝臓、心臓、脾臓、腸、胸腺、肺、精巣、腎臓、脳、皮膚）で広く発現していることが実証されており^[9]、強力な免疫エフェクター分子であるインターフェロンガンマ（IFNγ）への曝露後に大幅にアップレギュレーションされます^[10]。IRGは、活性モードとメカニズムに基づいてさらに2つのクラスに分類されます。GSKクラス（Irga6、Irgb6、およびIrgd）は、 GTPaseの標準的なグループであると考えられていますが、活性部位のリジンからメチオニンへの変異を持つ2番目のグループのGMSタンパク質は、グアノシンヌクレオチド解離阻害剤（GDI）に似た方法でヌクレオチド結合モチーフと会合することにより、早期活性化を防ぐように機能します。^{[11] [12]} IRGの細胞内局在はさまざまです。Irga6とIrgm3は主に小胞体内に見られ、Irgm1とIrgm2はゴルジ体に局在し、^[13]少なくとも2つのIRG（Irgb6とIrgd）は主に細胞質内に見られます。^[14]トキソプラズマ・ゴンディの細胞侵入後、IRGは2～30分以内に寄生胞膜（PVM）上に急速に再分布します。^{[12] PVMの装飾のおおよその順序は、Irgb6とIrgb10のローディングから始まり、Irga6、Irgd、Irgm2が続くと定義されています。まれに、} T.ゴンディの液胞上にIrgm3がわずかに局在することも報告されています。 IRGの活性化は、GTP依存性のIRG-IRGオリゴマー化サイクルに従うと考えられている。^[15]液胞への「パイオニア」IRGのロードは、協力的な方法で追加のIRGのリクルートメントを大幅に強化すると考えられている。

病原体は、液胞破壊複合体を構成するために必要なIRGの完全な集合の会合に至るさまざまなステップを妨害する独自のメカニズムを共進化させてきた。その一例は、T. gondiiの毒性株 と組み換え非毒性株の感染によって解明された。この複雑なメカニズムは、2つの種の間で共進化する相互作用を示している。最近、T. gondiiのタイプIロプトリーエフェクター分子Rop18 （セリン-スレオニンキナーゼ）が「パイオニア」IRGを選択的にリン酸化して不活性化し、それによって単球内のT. gondii液胞の組み立て、活性化、破壊を防ぐことが示された。^{[16] [17]}

IRGはT. gondii感染において重要な役割を果たしているが、それに加えて、重要な負の調節IRG​​であるIrgm1を欠損したマウスでは、結核菌の排除も悪影響を受けることが示された。 ^{[10]排除のメカニズムには、}マクロファージ内の結核菌を含むファゴソームへのIRGの標的化を助ける脂質相互作用が関与していると考えられている。^[18]

感染のマウスモデルにおけるIRGの役割のもう一つの例は、侵入後のヒト適応性クラミジア・トラコマティス封入体とマウス適応性 クラミジア・ムリダルム封入体の転帰を変えるIRGの差別的動員によって実証されている。クラミジア・トラコマティス封入体は、リソソームとの融合による封入体の除去を助けるIRGの完全なレパートリーを動員する。^{[19]このモデルにおけるIRG発現および活性の調節は、ホスホリパーゼC、} cPLA2、および上流のIFNシグナル伝達の両方のレベルに依存することがわかった。cPLA2ヌルマウス細胞は、クラミジア・トラコマティスで攻撃された場合、適切なcPLA2発現を有する細胞と比較して病原体を除去する能力が低かった。^{[20]このモデルは、} C. muridarumのエフェクター分子がIrgb10 を改変することで封入体上のマウス IRG の蓄積を制限するように機能する一方で、ヒト病原体はマウス IRG 応答を改変できないという共進化を強調している。^{[19]このメカニズムには、細胞のオートファジー機構のさらなる関与が必要であり、これは T. gondii の除去における}壊死経路の活性化 とは対照的である。^[17]メカニズムを改良するには、細菌封入体とリソソームの融合に関与するオートファジー機構と IRG の協力、および IRG の協調動作を操作するために使用される特定の細菌エフェクター分子を解明するためのさらなる研究が必要である。^[21]

Irgm1 は寄生虫除去に関与するほか、成熟したCD4 + T 細胞がTH1応答で IFNγ にさらされると細胞保護の役割も果たすと示唆されている 。^{[22] Irgm1 欠損マウスは、} Mycobacterium aviumとTrypanosoma cruziの両方に感染すると汎血球減少症を発症すると報告されている。この表現型は、IFNγ/Irgm1 の二重ノックアウトモデルで改善された。これらの研究は、IRG の役割が空間的および時間的に高度に協調的に制御されるだけでなく、従来のファゴリソソームの発達と成熟以外にも、状況に応じた補助的な役割を果たしている可能性を示唆している。 [ ^{22] [23]}

ヒトには推定IRG遺伝子が3つしか存在せず、そのうちIRGMはマウスIrgm1の相同遺伝子であることが知られている。^[4] IRGMには4つのアイソフォームがある（ad）。マウスIRGとは異なり、ヒトIRGMアイソフォームは常にヒトレトロウイルス要素ERV9の下で発現し、IFNγのレベルとは無関係である。IRGMbとdはC末端テール領域に推定G5（SAK）モチーフを持っているが、他の2つのアイソフォームには持っていない。^{[24] IRGMdは細胞質内に拡散し、}ミトコンドリアに移行して点状のドットとして現れる。さらに、ミトコンドリア膜脂質であるカルジオリピンに結合し、細胞小器官の形態変化に影響を与えることがわかっている。一般的に、ヒトのIRGは、オートファジー、ミトコンドリア分裂、ミトコンドリア膜電位の変化、細胞死などのいくつかのプロセスにも影響を及ぼすことが示されています。

ヒトのIRGMはマウスのIRGMと同様にオートファジーに関与することが示されていますが、そのメカニズムは完全には解明されていません。LC3は、哺乳類の組織に存在する微小管関連可溶性タンパク質です。細胞質タンパク質と細胞小器官はオートファゴソームに取り込まれ、LC3-IをLC3-IIに変換します。LC3-IIの存在はオートファジーのマーカーとして機能し、免疫蛍光法や免疫ブロット法で検出できます。^[25] IRGMは、マクロファージ内でLC3-IをLC3-IIに変換するのに役立ちます。^[4] IRGMには2つの役割があります。非常に低レベルで発現すると、細胞内病原体から保護しますが、アイソフォームa、c、dが過剰発現すると、細胞死と炎症を引き起こします。

研究によると、IRGMの不足はクローン病や結核の危険因子です。ヒトは細胞内細菌である結核菌に対する防御機構としてIRGMを利用しています。IRGMはファゴソームの成熟に重要であり、DRP1やFIs1などの他のミトコンドリア分裂タンパク質の助けを借りて細胞内結核菌の数を減らすことがわかっています。^[4] 特定の条件下では、ミトコンドリア分裂とそれに関連するタンパク質がオートファジーを促進しますが、ミトコンドリア融合はオートファジーを阻害します。オートファジーを誘導する条件下では、IRGMはROS（活性酸素種）の生成も増加させます。

IRGMd の高レベルはミトコンドリア分裂を引き起こし、ミトコンドリア膜電位の喪失につながり、宿主細胞の死を引き起こします。分裂はミトコンドリアBax / Bak依存性アポトーシスにも関連しており、IRGMd はこれらのタンパク質が機能することを必要とします。IRGM による細胞死はオートファジーとは無関係ですが、代わりに上記のプロアポトーシス因子に依存します。IRGM 誘導細胞死の結果として、死にかけている細胞や壊死した細胞は、クローン病に関係する炎症誘発性アラーミンである核 HMGB1 を放出します。^[24]