第3章 自己反応の除去 (6頁)

 そもそも膨大なレパートアがどこでどうやってつくられるか,そしてどうやって自分に反応する細胞が除去されるのか.「遺伝子再構成」という驚異の仕組みに出会えるし,また「負の選択」という哀愁感漂うドラマが味わえる.

1 T細胞が作られるところ(胸腺)

1) 胸腺の構造

 T細胞は胸腺という臓器でつくられる.T細胞が胸腺でつくられる過程では,「多様性の創出」と「自己反応細胞の除去」が起こっている.
 胸腺は,心臓の上におおいかぶさるようにあり,右葉と左葉の2葉から成る臓器である。ヒトで言えば思春期に一番大きくなりそのときに両葉合わせて30〜40gである.上皮細胞系の支持細胞がスポンジのような售造をとっていて,隙間にびっしりと分化途上のT細胞(胸腺細胞という)がつよっている.

2) 皮質と髄質

 胸腺には皮質といわれる外側の組織と,髄質といわれる内側の組織があり,それぞれ皮質上皮細胞と髄質上皮細胞で構成される.胸腺細胞のもとになる前駆細胞は,造血組織である骨髄から移住してくる.胸腺の中で増えながら,段階的にT細胞としての機能を備えるように育っていく.まず皮質と髄質の間の血管から移住してきて,皮質を外側に向かって進みながら分化する.端までいくと,今度はUターンして,内側に向かう。成熟すると,皮質から髄質へ移動し,髄質から血管を通って外に出ていく.

2 多様性の創出(遺伝子再構成)

 T細胞もB細胞も,数百万というオーダーの抗原レセプターのレパートアを有している.遺伝子はせいぜい数万個しかないのに,どのようにしてそんなに多種類の異なるタンパク質分子をつくれるのだろうか.
 その答えは,遺伝子再構成(gene rearrangement)と呼ばれる遺伝子の切り貼りをする仕組みにある.T細胞レセプター遺伝子は,エクソンの断片がたくさん並んでいる(図の中のA, B, X, Y, Z). T細胞のもとになる細胞は,胸腺の中で,まずとても旺盛に増える.そしてご十分増えた後,それぞれの細胞が,T細胞レセプター遺伝子の切り貼りを始めるのである.
 図では細胞ごとの遺伝子の切り貼りが起こる様子を模式的に表している.細胞(1)では,図のようにBとXをつないだBXという遺伝子ができ,別の細胞(2)ではAZという遺伝子ができている.このようにして,細胞ごとに違う抗原レセプター分子を発現するようになるのである.

a) T細胞レセプターの構造と遺伝子再構成

 T細胞レセプター遺伝子は,α(アルフア)鎖,β(ベーダ)鎖,γ(カンマ)鎖,δ(デルタ)鎖の4種類がある.d鎖はα鎖遺伝子の中に入れ子のような構造ではまりこんでいる.T細胞レセプターは,α鎖とβ鎖から成るαβT細胞レセプターと,γ鎖とδ鎖から成るγδT細胞レセプターがある.この2種類のT細胞レセプターを出すT細胞は,それぞれαβT細胞とγδT細胞といわれ,性質は大きく異なる.本章で扱うのはαβT細胞の方である.
 β鎖遺伝子では,Vと言われる遺伝子が約30個,D遺伝子が2個,J遺伝子が12個,C遺伝子が2個ある.遺伝子再構成が起こるのはV, D, Jの遺伝子である.まずDのひとつとJのひとつが遺伝子再構成で組み合わされ「DJ」となり,次にVとDJが遺伝子再構成で組み合わされ「VDJ」ができる(図4).切り貼りにはRaglとRa四というタンパク質が重要な役割を果たし,図には描いてないが切り耿られた部分は環状のDNAとなる.C遺伝子とは転写されたRNAがスプライシングされることで荳ぶ.
 VD、I組み換えにより,β鎖の場合は単純計算でも500通りくらいの組み合わせになる〔左側のDはそれより右側のJのどれとでも絹み合わされうるので12通り,右側のDは6通りなのでDJは18通り,よってVDJは30×18 = 540通り〕.さらにそれぞれの遺伝子再構成時に,切り貼り箇所に塩基対が挿入されたり欠失したりするので,はるかに多くの多様性がつくられる. VDJの組み合わせでつくられた構造遺伝子は,mRNAに転写されたあとスプライシングによりC遺伝子とくっついてVDJCというmRNAができ,これが翻訳されてβ鎖分子になる. VDJの部分は可変領域,Cの部分は定常領域という.相手方のα鎖でも同じように多佞陸がつくられるので,ふたつのセットで働くaβT細胞レセプターは,途方もない種類になりうる.瑠論上は1015通りの多佞|生か形成されうると言われている.
 ただ,実際マウスのT細胞はI[伍あたりせいぜい108くらいしかないうえ,その中には増犬したクローンもたくさんあるだろうから,全てのT細胞が異なるT細胞レセプターを出している訳ではない.また,理論的には組み合わせは無数にあっても,できてくる抗原レセプターの中には似たような反応性を示すものも多いので,組み合わせの数だけ特異性があるとはいえない.一般的には実質的なクローン数は数百万くらいといわれている.ヒトではT細胞数はマウスの1,000倍くらいあると思われるが,それぞれのクローンがマウスより大きく,クローン数自体はあまり変わらないとも考えられている.

3 T細胞の正・負の選択

1) いい細胞も悪い細胞もランダムにつくられる

 遺伝子再構成は,ランダムな組み合わせで起こるので,役立つ細胞だけではなく,自分の体を攻撃してしまうような細胞(自己反応性細胞)もできてくる.また一方で,MHC分子の形を全く認識できないような役に立ちそうもない細胞もできてしまう.どうやって役立ちそうな細胞だけを選び出しているのだろうか.遺伝子再構成による多様性の形成と並んで,獲得免疫系の最もドラマチックな過程である.

2) 適度に反応できる程度の細胞が合格

 胸腺上皮細胞はMHC分子を細胞表面に出していて,そこには自分の体に由来するペプチド抗原(自己抗原)が乗っかっている.でき九ての若いT細胞の中には,このMHCと自己抗原のセットに,ピタッとは合わないが「適度に」合うような受容体を持ったものがいる.こういうT細胞は,将来胸腺を出て,自己抗原ではなく異物の抗原がはさまったM卜IC一抗原のセットと出会ったときには,ピタッとくっついて反応することができる可能性を持っている.そこで, MHCと自己抗原のセットから適度な強さのシグナルを受けるようなT細胞は,将来性を見込まれて合格となる.こうして,適度にMHC−自己抗原セットと反応できるようなT細胞を選ぶ過程を「正の選択(positive selection)」という.
 こうしてつくられ九T細胞は自己のMHC分子の上に乗った異物抗原だけを認識するようになる.これをMHC拘束性(MHC restriction)という.
 なお、ここでは一般的に論じられている正の選択のモデルを解説しているが,実は少し異なる説も提唱されている.詳しくは96頁を参照されたい.

3) 自己抗原に反応する細胞は失格

 ランダムに形成されたレパートアの中には, MHCと自己抗原のセットにピタッとくっつくような受容体を出しているT細胞もいる.自己反応性T細胞である.こういうT細胞は,胸腺を出ると自分の体の細胞を攻撃してしまうので,除去される必要がある.成熟したT細胞は強い刺激が入ると洽陸化するが,胸腺の幼若なT細胞は,強い刺激を受けるとアポトーシスタで死ぬようにプログラムされている.したがって,自己反応性T細胞が胸腺上皮細胞あるいは胸腺樹状細胞か発現するMHC−自己抗原セットにピタッときて強い刺激が入り,死んでしまうのである.このように自己反応性T細胞を取り除く過程は,「負の選択」と呼ばれる.

4) 箸にも棒にもかからない細胞も失格

 MHC分子の形を全く認識できないような役に立ちそうもないT細胞は,シグナルが全く入らないので,先に進めない.何回かはα鎖の再構成をやり直せるチャンスが与えられているが,何回かの試みのうちにうまく合格できるような受容体をつくれなかったT細胞は,やがて死んでいく.これは「無視による死(death by neglect)」と呼ばれる.

a) 末梢組織で出ているタンパク質に対して胸腺内で負の選択は起こるか

 負の選択によって自己抗原に反応するT細胞を除くとしたが,いろいろな臓器でしか発現していないタンパク質に対しては,どうやって負の選択が起こるのだろうか.そういう末梢で初めて出会う抗原に対しては,末梢で抗原特異的な自己寛容が誘導されるとされていた.しかし最近,胸腺髄質細胞が組織に固有のいろいろな種類のタンパク質を発現していることが明らかになった.
 また,末梢の樹状細胞が胸腺に末梢組織で出ている抗原を持込むというルートもあるという説がある.ただし,突験的な根拠は弱い.
 また,負の選択は完全ではないということも留意しておくべきである.相当な数の自己反応性T細胞が胸腺から出て行ってしまうのである.お目こぼしがかなり多い.

4 B細胞の分化と選択

1) B細胞にも負の選択はある

 獲得免疫系のもうひとつの細胞,B細胞ではどうだろうか.B細胞もT細胞と同じように,遺伝子再構成で多様性をつくる.そして,分化の途上で,自己反応性細胞が除かれるようになっている.ただし,B細胞における自己反応性細胞の除去は,T細胞に比べてゆるいと考えられている.B細胞が抗体をつくるためにはT細胞のヘルプが必要なので,それほど厳重に自己抗体産生B細胞を除く必要がないということであろう.

2) B細胞抗原レセプター=抗体分子

 B細胞かどこでつくられるのかみていこう.B細胞は骨髄で分化する.骨髄には骨髄ストローマ細胞という支持細胞があり,その支持細胞の助けにより分化する.
 さて,B細胞抗原レセプターが放出されたものが抗体である.言い換えれば最初はB細胞は抗体をレセプターとして出しているということである.B細胞の場合も,T細胞レセプターと同じくらいの膨大な多様性がつくられる.その中には,自己反応性のレセプターもできてしまう.

3) B細胞の負の選択とレセプター再編成

 未熟B細胞が出しているB細胞レセプターに周囲の細胞に出ている分子や体液中を流れる分子のような自己抗原が結合するとどうなるだろうか.強く結合して強い刺激が入ると,図6の右端の細胞のように未熟B細胞は死んでしまう.これがT細胞の負の選択にあたる現象である.
 一方,それほど強くない刺激だと,もう一度遺伝子再構成をやり直すといわれている.レセプター再編成(receptor editing)といわれ,B細胞にしかみられない仕組みである.
 特異性の大棹はこの遺伝子組み換えでつくられるが,B細胞では,さらに結合の強さ(親和性) (affinity)を高める段階が存在する.リンパ節や脾臓に行ってから起こる現象である.

a) B細胞レセプターの構造

  B細胞レセプターは,B細胞に出ている間はB細胞レセプター,放出されると抗体といったりするが,正式な分子名は免疫グロブリンである.遺伝子名も免疫グロブリン遺伝子という.抗体は,2本の重鎖といわれる大き目の分子と,2本の軽鎖という分子からなる.軽鎖にはX(鎖と入鎖の2種類がある.重鎖,軽鎖の遺伝子は,多数の断片に分かれて存在しており,48頁ですでに解説した遺伝子再構成という仕組みによって切り貼りされ組み合わされる.特異性は再構成されてできる可変領域と呼ばれる部分が受け持っている.
 先端部分の可変領域以外の部分は定常領域といわれる.免疫グロブリン分子では,重鎖の定常領域が入れ替わることで分子の性質が大きく変わる.クラススイッチといわれる現象である(127頁参照).B細胞がT細胞によって活性化される過程にはサイトカインや各種副刺激分子が関与し,その後の反応もB細胞のクラススイッチや形質細胞分化など複雑な過程が起こるが,この項では抗原特異性に関わる出来事だけ解説した.

第3章 多様性の創成