Molecular mechanism of the recognition of bacterially cleaved immunoglobulin by the immune regulatory receptor LILRA2

金沢大学医薬保健研究域薬学系Human leukocyte immunoglobulin-like receptors (LILRs) typically regulate immune activation by binding to the human leukocyte antigen class I molecules. LILRA2, a member of the LILR family, was recently reported to bind to other unique ligands, the bacterially degraded Igs (N-truncated Igs), for the activation of immune cells. Therefore, LILRA2 is currently attracting significant attention as a novel innate immune receptor. However, the detailed recognition mechanisms required for this interaction remain unclear. In this study, using several biophysical techniques, we uncovered the molecular mechanism of N-truncated Ig recognition by LILRA2. Surface plasmon resonance analysis disclosed that LILRA2 specifically binds to N-truncated Ig with weak affinity (Kd = 4.8 mM) and fast kinetics. However, immobilized LILRA2 exhibited a significantly enhanced interaction with N-truncated Ig due to avidity effects. This suggests that cell surface-bound LILRA2 rapidly monitors and identifies bi- or multivalent abnormal N-truncated Igs through specific cross-linking to induce immune activation. Van\u27t Hoff analysis revealed that this interaction is enthalpy-driven, with a small entropy loss, and results from differential scanning calorimetry indicated the instability of the putative LILRA2-binding site, the Fab region of the N-truncated Ig. Atomic force microscopy revealed that N truncation does not cause significant structural changes in Ig. Furthermore, mutagenesis analysis identified the hydrophobic region of LILRA2 domain 2 as the N-truncated Ig-binding site, representing a novel ligand-binding site for the LILR family. These results provide detailed insights into the molecular regulation of LILR-mediated immune responses targeting ligands that have been modified by bacteria. © 2020 Yamazaki et al. Published under exclusive license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc

細菌感染により壊れた抗体を認識する新規活性化レセプターの機能と多様性

金沢大学先進予防医学研究センター / 大阪大学本研究では、免疫レセプターと様々な病原体との相互作用を網羅的に調べた。その結果、活性化レセプターLILRA2が病原微生物によって破壊された抗体を認識し病原微生物に対して生体防御を行っていることが明らかとなった。この結果から、病原微生物は宿主の免疫から逃れるために様々な免疫逃避機構を進化させてきた一方で、宿主側は病原微生物による免疫逃避機構を検出し、生体防御に働くように進化して病原微生物に対抗してきたことが考えられる。In this study, a comprehensive search for interaction between pathogens and host immune receptors was performed. In this process, it was found that microbial pathogens have evolved to acquire antibody-cleaving proteases in order to escape from the host immune system of antibody recognition. Moreover, it was also found that an orphan activating immune receptor, LILRA2, recognizes these microbially disrupted antibody in order to counteract the microbial immune evasion strategy.研究課題/領域番号:26870334, 研究期間(年度): 2014-04-01 – 2017-03-3

NK細胞受容体KIRによる感染症制御機構の解明

ナチュラルキラー細胞(NK細胞)の受容体の一つであるKiller Immunoglobulin-like Receptor (KIR)は、NK細胞の活性化制御に重要な役割を担っている。本研究で、KIRと結合するリガンドの探索を試みたところ、KIR2DS4が特定のウィルス感染細胞に結合する事が明らかとなった。KIR2DS4リガンドの同定は、生体における感染症制御メカニズム解明につながる可能性が考えられる。Killer immunoglobulin-like receptors (KIRs) have been shown to play a crucial role in regulating the activation of NK cells. To find out the novel ligand for KIRs, KIR-Ig fusion proteins were produced in this study. The binding of KIR2DS4-Ig to specific virus infected cells was detected, indicating that specific virus infected cells expressed unknown ligand for KIR2DS4.研究課題/領域番号:22890101, 研究期間(年度):201

自然選択の影響を受けた遺伝子に着目した病原体と宿主との相互作用の解明

未だに感染症は人類にとって脅威でありながら、病原体の感染メカニズムや感染症の重症化要因についてはほとんどわかっていない。病原体と相互作用を示す分子の遺伝子は、遺伝子欠損などの特徴的な遺伝子配列を示す場合がある。そこで本研究では、機能未知かつ特徴的な遺伝子配列を示す分子は病原体と相互作用する可能性は高いと考え、様々な病原体と宿主分子との相互作用を網羅的に調べた。その過程において、特定の活性化レセプターが細菌感染によって分解された宿主タンパク質を認識する事が明らかとなった。この結果は、活性化レセプターによって細菌の侵入を感知する宿主の新たな生体防御機構が存在することを示唆している。Infectious diseases are still threats to humans, and the mechanism by which pathogens infect their hosts is not fully understood yet. The present study tested the hypothesis that molecules carrying mutations with unknown function interact with pathogens. In the process of comprehensive search for interaction between pathogens and host molecules, it was found that an orphan activating receptor specifically recognized some host molecule degraded by bacteria. These results suggest that host immune system has a novel strategy to sense bacterial invasion via an activating receptor.研究課題/領域番号:23790385, 研究期間(年度):2011 – 201

免疫逃避機構に着目した宿主細菌相互作用の解明

金沢大学先進予防医学研究センターImmune system plays an important role in host defense against pathogens and tumor cells. However, it is known that pathogens and tumor cells have acquired various immune evasion mechanisms to escape from the host immune system. This study revealed that certain immune inhibitory receptors recognize specific bacteria and that both immune inhibitory receptors and their bacterial ligands show genetic diversity. These results suggest that host and bacteria have coevolved through immune inhibitory receptor-mediated bacterial immune evasion mechanisms.免疫は、病原体や腫瘍細胞を排除するための生体防御システムである。しかしながら、病原体や腫瘍細胞は、免疫から逃れるために様々な免疫逃避機構を発達させていることがわかってきた。本研究により、新たに免疫抑制化レセプターが特定の細菌を認識すること、このような免疫抑制化レセプターと細菌リガンドが遺伝的多様性を示すことが明らかとなり、免疫抑制化レセプターを介した細菌の免疫逃避機構によって宿主と細菌が共進化している可能性が考えられた。研究課題/領域番号:19H03468, 研究期間(年度):2019-04-01 – 2022-03-31出典：研究課題「免疫逃避機構に着目した宿主細菌相互作用の解明」課題番号19H03468（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-19H03468/19H03468seika/）を加工して作

NK細胞レセプターを介した腫瘍の免疫逃避機構の解明

本研究では、抑制性のNK細胞レセプターKIRに着目し、腫瘍の免疫逃避機構の解明を行うことで、新たながん免疫療法の標的分子の開発につなげることを目的とした。様々な抑制化KIRと様々な腫瘍細胞との相互作用を網羅的に解析したところ、KIRの一つが神経系腫瘍細胞をよく認識することが明らかとなり、リガンド候補も同定された。この結果から、特定の腫瘍細胞は、KIRのリガンドを介して免疫を抑制する可能性が示唆される。This study aims to elucidate the immune evasion mechanism of tumors focused on the inhibitory NK cell receptor KIRs, leading to the development of new target molecules for cancer immunotherapy.A comprehensive analysis of the interaction between various inhibitory KIRs and various tumor cells revealed that one of the KIRs recognizes specific tumor cells, in which this study identified the candidate ligand. These results suggest that certain tumor cells may utilize the KIR ligands for immune evasion.研究課題/領域番号:19K22556, 研究期間(年度):2019-06-28 – 2021-03-31出典：「NK細胞レセプターを介した腫瘍の免疫逃避機構の解明」研究成果報告書　課題番号19K22556（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-19K22556/19K22556seika/）を加工して作