3 741: 3-13, 2016 T TCR Imaging unveils spatiotemporal regulation of lymphocyte activation Discovery of the T cell signaling units TCR microclusters Tadashi YOKOSUKA Department of Immunology, Tokyo Medical University, School of Medicine T T 1 T T T 2030 T T T T B NK NKT 2015 11 7 176 :T : 260-8402 6-1 - 1 E - mail : yokosuka@tokyo - med.ac.jp 1
4 東 京 医 科 大 学 雑 誌 第 74 巻 第 1 号 雑 学 T T T T major histocompatibility complex ; MHC 1 T T cell receptor ; TCR TCR 学 TCR 雑 100 1990 1998 TCR T 1.T T 2 MHC TCR MHC 30 T 1998 1)2 1 1020 µm TCR central - supramolecular activation clusterc - SMAC 1 2
2016 1 横 須 賀 : 分 子 イメージングが 拓 く 免 疫 細 胞 の 時 空 間 的 制 御 機 構 5 TCR く 分 子 のperipheral - SMAC p - SMAC 細 胞 が 分 子 のdistal - SMAC d - SMACの 構 3 T 細 胞 の のの 構 が 免 疫 c - SMAC TCR グの T 細 胞 須 構 免 疫 が T 細 胞 細 胞 の 5 分 のンン グ 1 分 のの が 2.T TCR 免 疫 がの 細 構 が 的 イーメ ンンの 構 免 疫 が T 細 胞 細 胞 のがく のく 細 胞 イーメンン 2の 細 胞 が MHC 分 子 ンの 細 胞 2 イーメンン の の T 細 胞 T 細 胞 メ ンンT 細 胞 細 分 子 ンGreen fluorescent protein ; GFPメ 分 子 子 的 分 子 のが のーーの のン く 4 細 胞 200 300 nm のの 細 胞 が 分 子 が の 免 疫 が TCR グ グーグ 分 子 の がT 細 胞 がイーメ ンン2030 の TCR/ CD3 が 1 のー のー T 細 胞 1 100200 の 5 分 c - SMAC 5-7 3 ー くTCR のー TCR のく ンー Zap70Zeta - associated protein 70 kdaーが 細 胞 ー 分 子 SLP - 76SH2 domain - containing leukocyte protein 76 kda TCR 4a 時 のの TCR グ 分 子 のグ T 細 胞 のグ TCR イー 5 ーー 分 子 が ーの 2030 グ 分 子 TCR/CD3 が c - SMAC 4b c - SMAC TCR が 分 の の 機 のd - SMACグ 分 子 TCR イーが 的 が T 細 胞 グ 5 3
6 東 京 医 科 大 学 雑 誌 第 74 巻 第 1 号 3 TCR/CD3 CD4 + T CD3ζ - GFP T 2 TCR/CD3 5 4 TCR at TCR/CD3 Zap70 SLP - 76 bc - SMAC d - SMAC Zap70 SLP - 76 5 3.CD28 T T T TCR T T CD28 inducible T cell costimulator ICOS 4 cytotoxic T - lymphocyte - associated protein 4 CTLA - 4 programmed death 1 PD - 1 8 TCR TCR TCR
2016 1 横 須 賀 : 分 子 イメージングが 拓 く 免 疫 細 胞 の 時 空 間 的 制 御 機 構 7 TCR グ mitogen - activated protein kinase MAPK ErkJNKp38 - NFAT nuclear factor - κb NF - κb phosphatidylinositol 3PI3ー ン イングング ー 分 CD28 NF - κb のICOS IP3 ーグ の 的 ー の 的 が 分 CD28 ン CD80/CD86 c - SMAC NF - κb の 9)10 5a NF - κb の CD28 が Src ー 分 子 の Lck ー protein kinase c θ PKCθ 11 ンCARD - containing MAGUK protein 1 Carma1ー 12 5b Carma1 の 細 胞 B 細 胞 ンのの Carma1 NF - κb の ーの 1 ICOS ン ICOSL TCR イー イーの PI3 ー 4. が 免 疫 の 免 疫 イン T 細 胞 の 制 的 が 制 T 細 胞 の 制 が CTLA - 4 T 細 胞 の 細 胞 細 胞 ン CD80/CD86CD28 のン CD28 ンCD28 グ 制 5c CTLA - 4 子 の T 細 胞 の 免 疫 5 CD28 NF - B CTLA - 4 aン CD80 のイー CD28 免 疫 の bcd28 NF - κb 構 PKCθ ccd80 の CD28 NF - κb CTLA - 4 分 ー CTLA - 4 TCR 免 疫 9)12 5
8 東 京 医 科 大 学 雑 誌 第 74 巻 第 1 号 2-3 第 PD - 1 T CTLA - 4 PD - 1 PD - 1 T CTLA - 4 PD - 1 CTLA - 4 TCR c - SMAC CD28 NF - κb 5d 12 PD - 1 PD - 1 ligand - 1/2 PD - L1/2 SH2 domain - containing tyrosine phosphatase 2 SHP2 TCR 6 13 CTLA - 4 abatacept balataceptctla - 4 CD28 CD80/CD86 CD28 NF - κb T CTLA - 4 ipilimumab 14 CTLA - 4 CD28 NF - B T PD - 1 nivolumab PD - 1 MPDL3280A 大 C PD - 1 SHP2 TCR T PD - 1 6 PD - 1 TCR a PD - L1 TCR c - SMAC PD - 1 bpd - 1 SHP2 13 6
2016 1 横 須 賀 : 分 子 イメージングが 拓 く 免 疫 細 胞 の 時 空 間 的 制 御 機 構 9 が が 細 胞 が PD - 1 ンくー T 細 胞 制 PD - 1 ン T 細 胞 制 のー T 細 胞 制 御 T 細 胞 細 胞 のが 制 PD - 1 の 的 が PD - 1/ PD - L1 の 免 疫 制 ン が 5. 免 疫 細 胞 のが 細 胞 くー ーの T 細 胞 の TCR 免 疫 が 細 胞 が 細 胞 T 細 胞 の 分 子 インの 細 胞 分 子 ンの 細 胞 分 子 制 御 免 疫 イ ーの 細 胞 分 子 がーー 7 T 細 胞 がく のが 免 疫 T 細 胞 が 細 胞 TCR グ のく ンのンの ン IIA 15 分 子 インイーのー ー 16 microtubule - organizing center ; MTOC T 細 胞 のが 免 疫 のc - SMAC の のイーの ーーくー T 細 胞 の ーングンイ 的 細 胞 ーくの 細 胞 細 胞 制 御 免 疫 の c - SMAC TCR/CD3 ー ー TCR イー E3 ンーン インーーンE3 ンー Cbl B 細 胞 ンの 子 の SNP のCbl T 細 胞 TCR イーのが TCR のがのの のが ンングンンメン のメンのの 制 7 細 胞 免 疫 の 3 - D 構 7
10 東 京 医 科 大 学 雑 誌 第 74 巻 第 1 号 17 B c - SMAC B 6. T T T T T Transforming growth factor - βtgf - β T CTLA - 4 CTLA - 4 CD80/ CD86 CD28 CD28 NF - κb T 12 T CTLA - 4 PKCθ PKCη 18 PKCη T CTLA - 4 CD80/CD86 trogocytosis PD - 1 T T T C T PD - 1 PD - L1 PD - 1 8 T 7 8
2016 1 横 須 賀 : 分 子 イメージングが 拓 く 免 疫 細 胞 の 時 空 間 的 制 御 機 構 11 ンンの T 細 胞 PD - 1 PD - 1 イ ー T 細 胞 の TCR グが PD - 1 PD - 1 ン の PD - 1 イーが 時 T 細 胞 のが 13 のイメージング T 細 胞 のT 細 胞 細 胞 の 免 疫 TCR 制 のイ ーが 時 間 的 空 間 的 8 TCR ーーグ ののの 的 制 的 的 T 細 胞 グのが TCR が T 細 胞 の 機 のB 細 胞 natural killernk 細 胞 NKT 細 胞 イ ーがイー がのメが 分 19 免 疫 細 胞 HIV イが CD4 CXCR5 イン CD4 + T 細 胞 HTLV - 1 T 細 胞 T 細 胞 のイの 構 的 イの ががイ のイーが CTLA - 4 CTLA - 4 免 疫 ン PD - 1/PD - L1 ンの のイー 的 のグ 免 疫 細 胞 のグ ー 的 の 細 胞 のの グ 制 御 グ 的 の グのの グのーのの 機 のメのンが 1 Monks CR, Freiberg BA, Kupfer H, Sciaky N, Kupfer A : Three - dimensional segregation of supramolecular activation clusters in T cells.nature 3956697: 82-86, 1998 2 Grakoui A, Bromley SK, Sumen C, Davis MM, Shaw AS, Allen PM, Dustin ML : The immunological synapse : a molecular machine controlling T cell activation.science 2855425: 221-227, 1999 3 Dustin ML, Depoil D : New insights into the T cell synapse from single molecule techniques. Nature reviews.immunology 1110: 672-684, 2011 4 Tokunaga M, Imamoto N, Sakata - Sogawa K : Highly inclined thin illumination enables clear single - molecule imaging in cells.nat Methods 52: 159-161, 2008 5 Yokosuka T, Sakata - Sogawa K, Kobayashi W, Hiroshima M, Hashimoto - Tane A, Tokunaga M, Dustin ML, Saito T : Newly generated T cell receptor microclusters initiate and sustain T cell activation by recruitment of Zap70 and SLP - 76.Nat Immunol 6 12: 1253-1262, 2005 6 Saito T, Yokosuka T : Immunological synapse and microclusters : the site for recognition and activation of T cells.curr Opin Immunol 183: 305-313, 2006 7 Yokosuka T, Saito T : The immunological synapse, TCR microclusters, and T cell activation.curr Top Microbiol Immunol 340 : 81-107, 2010 8 Sharpe AH : Mechanisms of costimulation.immunol Rev 2291: 5-11, 2009 9 Yokosuka T, Kobayashi W, Sakata - Sogawa K, Takamatsu M, Hashimoto - Tane A, Dustin ML, Tokunaga M, Saito T : Spatiotemporal regulation of T cell costimulation by TCR - CD28 microclusters and protein kinase C theta translocation.immunity 294: 589-601, 2008 10 Yokosuka T, Saito T : Dynamic regulation of T - cell costimulation through TCR - CD28 microclusters. Immunol Rev 229 : 27-40, 2009 11 Kong KF, Yokosuka T, Canonigo - Balancio AJ, Isakov N, Saito T, Altman A : A motif in the V3 domain of the kinase PKC - theta determines its localization in the immunological synapse and functions in T cells via association with CD28.Nat Immunol 1211: 1105-1112, 2011 12 Yokosuka T, Kobayashi W, Takamatsu M, Sakata - Sogawa K, Zeng H, Hashimoto - Tane A, Yagita H, Tokunaga M, Saito T : Spatiotemporal basis of CTLA - 4 costimulatory molecule - mediated negative regulation of T cell activation.immunity 333: 326-339, 2010 13 Yokosuka T, Takamatsu M, Kobayashi - Imanishi W, 9
12 東 京 医 科 大 学 雑 誌 第 74 巻 第 1 号 Hashimoto - Tane A, Azuma M, Saito T : Programmed cell death 1 forms negative costimulatory microclusters that directly inhibit T cell receptor signaling by recruiting phosphatase SHP2. J Exp Med 2096: 1201-1217, 2012 14 Linsley PS, Nadler SG : The clinical utility of inhibiting CD28 - mediated costimulation. Immunol Rev 2291: 307-321, 2009 15 Ilani T, Vasiliver - Shamis G, Vardhana S, Bretscher A, Dustin ML : T cell antigen receptor signaling and immunological synapse stability require myosin IIA. Nat Immunol 105: 531-539, 2009 16 Hashimoto - Tane A, Yokosuka T, Sakata - Sogawa K, Sakuma M, Ishihara C, Tokunaga M, Saito T : Dynein - driven transport of T cell receptor microclusters regulates immune synapse formation and T cell activation. Immunity 346: 919-931, 2011 17 Liang Y, Cucchetti M, Roncagalli R, Yokosuka T, Malzac A, Bertosio E, Imbert J, Nijman IJ, Suchanek M, Saito T, Wulfing C, Malissen B, Malissen M : The lymphoid lineage - specific actin - uncapping protein Rltpr is essential for costimulation via CD28 and the development of regulatory T cells. Nat Immunol 148: 858-866, 2013 18 Kong KF, Fu G, Zhang Y, Yokosuka T, Casas J, Canonigo - Balancio AJ, Becart S, Kim G, Yates JR, 3rd, Kronenberg M, Saito T, Gascoigne NR, Altman A : Protein kinase C - eta controls CTLA - 4 - mediated regulatory T cell function. Nat Immunol 155: 465-472, 2014 19 Fleire SJ, Goldman JP, Carrasco YR, Weber M, Bray D, Batista FD : B cell ligand discrimination through a spreading and contraction response. Science 312 5774: 738-741, 2006 10
2016 1 横 須 賀 : 分 子 イメージングが 拓 く 免 疫 細 胞 の 時 空 間 的 制 御 機 構 13 Imaging unveils spatiotemporal regulation of lymphocyte activation Discovery of the T cell signaling units TCR microclusters Tadashi YOKOSUKA Department of Immunology, Tokyo Medical University, School of Medicine Abstract Immune system is a higher - order network where various cells communicate each other and maintain the homeostasis of internal environments from invaders by identifying self and non - self or pathogenic and non - pathogenic.among a set of immune cells, T cells are important coordinators in this system to display clinical conditions, such as suppression of autoimmune diseases or allergy, rejection of transplants, and recognition and elimination of cancer cells.t cells recognize antigen peptides on MHCs via a solo receptor, T cell receptors TCRs, and introduce proliferation, differentiation, or apoptosis.although various biochemical approaches and structural analyses can contribute to unveil the mechanisms of antigen recognition and biological functions through a TCR, new imaging technologies remind us that T cells require a particular structure formed at the T cellantigen presenting cell interface, so called immunological synapse, for T cell activation regulation.we furthermore demonstrated that an immunological synapse is constructed by the clusters of several decades of TCRs and their downstream signaling molecules, TCR microcluster, which is an essential signaling unit for antigen recognition and T cell activation.our continuing studies further illustrate the spatiotemporal regulation of T cell activation not only by TCR microclusters but also by the other signaling clusters composed of positive or negative costimulatory receptors, phosphatases, degradation - related molecules, and so forth.microcluster becomes a commonly known concept for the signaling of lymphocytes bearing antigen - recognition receptors like B cells, NK cells, and NKT cells. Key words: T cell receptor, signal transduction, molecular imaging, immunological synapse, immune checkpoint 11