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Studies on monitoring of secreted proteins and environmental RNAs

宮田, 楓 東京大学 DOI:10.15083/0002008327

2023.12.27

概要

論文審査結果の要旨
氏名

宮田楓

論文提出者は、①1 細胞リアルタイム分泌イメージングによる 2 型自然リン
パ球 ILC2 の新規評価系の構築と、②環境中の RNA を生態系のモニタリング指標
として活用する新規手法の構築を行った。本論文は上記 2 つの研究課題に対し
て、それぞれ「Introduction」、「Materials and Methods」、「Results」、
「Discussion」から構成されている。
研究課題①「Introduction」では、免疫細胞のひとつである Group 2 innate
lymphoid cells(ILC2)の機能と特性、及びアレルギーとの関連性、1 細胞レ
ベルでのサイトカイン分泌の解析に関する先行研究が記述されている。従来、
アレルギー性疾患では獲得免疫によって誘導される Th2 細胞が分泌するサイト
カインが重要な役割を果たすと考えられてきた。一方で、2010 年に同定された
新たな自然リンパ球である ILC21 は獲得免疫を介さずに IL-5 や IL-13 を産生
し、気管支喘息や好酸球性副鼻腔炎の原因細胞の一つであると考えられている。
しかし、ヒト ILC2 は末梢血 20 mL 中に数千個という非常に希少な細胞であり、
培養系が未確立のため、生理機能解析は遅れている。そこで、旧所属研究室に
おいて確立した 1 細胞レベルで細胞のサイトカイン分泌動態をリアルタイムに
検出可能な測定系を ILC2 に適用し、分泌活性と免疫疾患との関連性を明らかに
するという本論文の研究目的を提起している。
「Materials and Methods」では、イメージングシステム、ILC2 の調製、1
細胞 RNA-シーケンスの方法について、詳細に記述されている。
「Results」では、臨床応用に向けて異なる 4 条件で分泌活性を同時に長時間
測定可能な新たな観察基盤の構築と技術検証を行った。その過程で細胞活性の
希少性を発見した。さらに 1 細胞 RNA-シーケンス解析を組み合わせることで、
細胞の分泌活性を裏付ける遺伝子発現プロファイルの違いが議論されている。
また、ILC2 とアレルギーの関連性を明らかにすべく、重症喘息患者や好酸球性
副鼻腔炎患者における組織間での ILC2 の細胞活性比較を実施し、ILC2 の分泌
活性はアレルギー背景を反映すること、症状のある組織においてより強い表現
型を示すことが明らかにされた。
「Discussion」では、1 細胞分泌イメージングと 1 細胞 RNA-シーケンスを組
み合わせた 1 細胞ごとの細胞活性の網羅解析が、従来の多細胞培養系では検出
できなかったサイトカイン分泌応答の制御機構を解析できる可能性を議論して
いる。また、ILC2 の機能解析にとどまらず気管支喘息の要因分類に基づく新規
診断法やプレシジョンメディシンへの応用可能性を提案している。
研究課題②「Introduction」では、生物多様性保全や環境問題解決への方針

1

策定の根拠となる生態調査と、近年注目されている水中の生態環境を評価する
環境 DNA 解析に関する先行研究が記述されている。環境 DNA の解析は、従来の
生態調査方法と比べ低コストかつ客観的な手法であるが、DNA は環境中に長期
間残存するために、既にその場に存在しない生物を誤検出してしまうことが懸
念されていた。そこで、RNA に着目し、生態調査へ活用可能か本論文の研究目
的を提起している。
「Materials and Methods」では、試料の回収と DNA・RNA 分析、及びデータ
の解析方法について、詳細に記述されている。
「Results」では、実際に河川において環境 DNA・RNA メタバーコーディング
を比較解析し、環境 RNA は環境 DNA と同等以上の感度を示したうえ、顕著に誤
検出率が少ないことが示されている。特に、環境 DNA でのみ検出された魚の殆
どは河川に生息していないはずの海産魚であり、環境 RNA 解析の優位性につい
て言及されている。
「Discussion」では、環境 RNA 解析が環境 DNA 解析と比べて高コストかつ分
析手法が煩雑であるという現段階での限界を示しつつ、両手法を活用すること
でスループットと精度のバランスを考慮した生態調査の可能性を議論している。
本論文は、生体内の恒常性維持や、生体外の環境変化の仕組みを新たな視点
から捉える微量分子のモニタリング技術の有用性を提案したものである。これ
らの成果は、これまでに未解明であった、生体内の希少細胞や環境中の生物種
由来 RNA の挙動の理解に貢献するものであると認められる。なお本論文におけ
る研究課題①は、茂呂和世博士、福永興壱博士、加畑宏樹博士、古賀諭博士、
馬塲里英医師、松坂雅子医師との共同研究であり、研究課題②は、井上泰彰氏、
本田大士博士との共同研究であるが、論文提出者が主体となり研究が遂行され
ており、その寄与は十分であると判断する。
したがって、博士(理学)の学位を授与できると認める。

2

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Doctoral Dissertation Kaede Miyata

Original paper

Mai Yamagishi*, Kaede Miyata*, Takashi Kamatani, Hiroki Kabata, Rie

Baba, Yumiko Tanaka, Nobutake Suzuki, Masako Matsusaka, Yasutaka

Motomura, Tsuyoshi Kiniwa, Satoshi Koga, Keisuke Goda, Osamu Ohara,

Takashi Funatsu, Koichi Fukunaga, Kazuyo Moro, Sotaro Uemura,

Yoshitaka Shirasaki

“Quantitative live-cell imaging of secretion activity reveals dynamic

immune responses”

Submitted (2022)

* These authors contribute equally

Kaede Miyata, Yasuaki Inoue, Yuto Amano, Tohru Nishioka, Masayuki

Yamane, Takamitsu Kawaguchi, Osamu Morita, Hiroshi Honda

“Fish environmental RNA enables precise ecological surveys with high

positive predictivity”

Ecol. Indic. 128 (2021) 107796

111

Doctoral Dissertation Kaede Miyata

Acknowledgments

I am thankful to Professor Uemura for supervising and to Dr. Y.

Shirasaki. I would also thank Professor Ohta for giving valuable advice on

my doctoral thesis review. Dr. K. Moro and Dr. K. Fukunaga also instructed

us through collaborative research. Dr. M. Matsusaka, Dr. T. Kamatani and

Dr. R. Baba for giving us valuable experience in collaborative research. I

specially appreciate Dr. M. Yamagishi and Mr. N. Suzuki who gave me a lot

of valuable advices and supports.This work was funded with AMED (Japan

Agency for Medical Research and Development), ImPACT (Impulsing

Paradigm Change through Disruptive Technologies Program) and Grant-inAid for Scientific Research on Innovative Areas.

As for eRNA study, I am grateful to Mr. Takamitsu Kawaguchi and Mr.

Tomohisa Nagaike (Bioindicator Co., Ltd.) for interpretation of the

ecological survey data.

Lastly, I would like to thank my family for supporting me throughout

my life.

Kaede Miyata

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