類似の外来ペプチドと自己ペプチド間のT細胞受容体交差反応性がナイーブ細胞集団のサイズと自己免疫に影響する
要約
主要組織適合性複合体II（MHCII）に結合する自己および外来ペプチド間のT細胞受容体（TCR）交差反応性は、ナイーブCD4+T細胞のレパートリーおよび自己免疫に影響を与える可能性がある。我々は、同じMHCII分子に結合する非対称ペプチドは、5つのアミノ酸を共有するだけで、同じTCR上で交差反応することを見いだした。
この性質は生物学的に重要であり、自己のペプチドを全身に発現させると、交差反応を示すTCRを持つ細胞が削除され、関連する外来ペプチドに特異的なナイーブ細胞集団のサイズが小さくなる。
逆に、組織限定性の自己ペプチドに特異的なナイーブT細胞集団が不完全に欠失すると、関連する微生物ペプチドによって自己免疫の引き金となる可能性がある。
このように、類似の自己ペプチドと外来ペプチド間のTCR交差反応性は、特定の外来ペプチド特異的T細胞集団のサイズを縮小し、組織制限された自己ペプチドに特異的なT細胞集団が感染後に自己免疫を引き起こす可能性がある。
はじめに
ナイーブT細胞集団の大きさは、数桁にわたって異なる（Alanioら、2010；Campionら、2014；Fleschら、2010；Kotturiら、2008；Kwokら、2012；Legouxら、2010；Moonら、2007；Obarら、2008；Schmidtら、2011；Suら、2013；Tanら、2011）。
しかし、この変動がどのような要因によるものであるかは、依然として不明である。特定の主要組織適合性複合体結合ペプチド（p：MHC）とT細胞抗原受容体（TCR）との間の相互作用の化学的性質は、重要な決定要因の1つである（Chuら、2010；Turnerら、2005）。あるいは、胸腺の発生過程で遭遇した自己p:MHCに対する交差反応性が高い外来p:MHC特異的T細胞集団は、負の選択によってパーにされる可能性もある。しかし、この可能性は、TCRの交差反応性の規則が決定されていないため、評価することが困難であった。
しかしながら、最近、CD4+T細胞によって発現されるp:MHCII特異的TCRについて、この領域で進展があった（Birnbaumら、2014年；Luccaら、2014年；Suら、2013年）。最大20アミノ酸のペプチドは、9アミノ酸のコア配列を介してMHCII分子に結合する（Rudolphら、2006年）。コア非対称配列内の特定のアミノ酸（多くの場合、1、4、6、9位）は、MHCIIの溝にある個別のポケットにフィットしてペプチドを固定する（Painter and Stern, 2012）。2、3、5、8位のアミノ酸は、一般的にMHCIIの結合溝から上へ、そして外へと向いている。TCR の相補性決定領域 (CDR) 1 と 2 は MHCII 分子と相互作用し、CDR3 は主にペプチド中の上方向残基と相互作用する (Marrack et al., 2008)。可溶性TCRを使用して、酵母表示されたMHCII結合ペプチドライブラリーをプローブし、Birnbaum、ら（Birnbaum et al., 2014）は、単一のTCRが、同様のTCR接触アミノ酸を有するが非常に異なるMHCIIアンカーアミノ酸を有する数十のペプチドを結合できることを見いだした。TCRの特異性がペプチド中の9個のアミノ酸のうち4個だけで決まるとすれば、16万分の1（204個）のMHCII結合ペプチドが同じTCR接触アミノ酸を持ち、したがって同じTCRに結合することになる。哺乳類のプロテオームでは，理論的には160,000以上の異なるMHCII結合ペプチドが作られる可能性があるので，1つのMHCII結合外来ペプチドがいくつかの自己ペプチドホモログを持つ可能性がある．これらのホモログは，クローン性欠失を引き起こすことにより，外来ペプチド特異的集団のサイズを縮小させる可能性がある．異なる外来ペプチドは異なる数の自己ペプチドホモログを持つ可能性があるので、対応するナイーブ細胞集団は異なる程度の選択を受け、このためにサイズが異なる可能性がある。
我々はこの前提を、I-Ab MHCII分子を発現するC57BL/6（B6）マウスで検証した。I-Abに結合したペプチドに対するTCRの特異性（p：I-Ab）は、主に4つのTCR接触アミノ酸に依存し、MHCIIアンカー残基の性質とは比較的独立していることが確認された。この種のTCR交差反応性は、多くの自己ペプチドホモログを持つ外来ペプチドに特異的なT細胞集団のサイズを減少させた。さらに、組織限定自己ペプチドに特異的な不完全に欠失したナイーブ集団は、TCR接触アミノ酸において自己ペプチドと一致するI-Ab結合細菌ペプチドでプライミングされる可能性があった。このように、類似した自己ペプチドと外来ペプチド間のTCR交差反応性は、クローン欠失を介して外来ペプチド特異的T細胞レパートリーの構成に影響を与え、微生物ペプチドが自己ペプチドに対する自己免疫を誘発する能力を説明するものである。
（MHC Tetramerの検出原理・作製方法・特徴 | MBLライフサイエンスより）
考察
複数のMHCII分子に関する研究により、多くのTCRは、同じ表面露出アミノ酸を有するが異なるMHCIIアンカー残基を有するペプチド上で交差反応するという結論が導き出された（Birnbaumら、2014；Luccaら、2014；Suら、2013）。我々の結果は、親ペプチドと4つの推定TCR接触アミノ酸を共有するが、最大でも1つのMHCIIアンカーアミノ酸を共有するI-Ab結合ペプチドが、親ペプチドに特異的なT細胞に対して免疫原性を示すことによって、I-Ab MHCII分子についてこの結論を確認した。さらに、2Wペプチドを発現するマウスでは、2W:I-Abおよび2W109:I-Ab特異的TCRを持つ細胞が消失することから、このタイプのTCR交差反応性は負の選択にも及ぶことが分かった。これらの結果は、ペプチドがどのようにMHCIIに固定されていても、多くのTCRは主にTCR接触アミノ酸に着目していることを示唆した。この結論は、異なるアミノ酸でMHCIIに結合するが、同じ上向きアミノ酸を有するペプチドが、それらのアミノ酸を非常に類似した（しかし同一ではない）方法で配向し、交差反応性TCRによって同じフットプリントで結合されることを示す構造生物学の研究によって支持されている（Birnbaumら、2014年）。
しかしながら、いくつかのI-Ab制限型TCRは、他のMHC分子によって制限されたTCRについて記載されたように、上向きのアミノ酸を共有するが異なるI-Abアンカーを有するペプチドを区別することができた（Kershら、2001；Stewart-Jonesら、2012）。関連する2W:I-Abリガンドを認識できない2W109:I-Ab特異的T細胞は、このカテゴリーに属するものであった。これらのTCRは、アンカーアミノ酸の側鎖がおそらくI-Ab分子の溝から突き出ていないため、直接認識したとは考えられない（Zhuら、2003）。むしろ、2つのペプチドの異なるアンカーアミノ酸が、同一のTCR接触アミノ酸の2つの微妙に異なるコンフォメーションを作り出していると思われる。B6マウスは、この2つのコンフォメーションを区別できるTCRを持つT細胞と、できないTCRを持つT細胞を持っている。Act-2Wマウスでは、2W:I-Ab複合体に関するクローン欠失のためか、交差反応性T細胞が欠損しているが、2W109 MHCIIアンカーに依存するTCR接触のコンフォメーションに特異的なものは保持されている。したがって、アンカーのアミノ酸のいずれかを変更すると、これらのT細胞の反応性が失われることは驚くにはあたらない。
いくつかの証拠から、小さいサイズのナイーブなp:I-Ab特異的T細胞集団は、広範なクローン欠失を経験していることが示された。Act-2Wマウスのクローン欠失を免れた2W109:I-AB特異的T細胞のように、この小さな集団の細胞はMHCIIアンカー置換に敏感で、より低い親和性のTCRを発現していた。これらの観察は、最小限のクローン欠失の条件下で発生したT細胞は交差反応性の高いTCRを持ち（Husebyら、2005）、クローン欠失を生き残ったT細胞は低い親和性のTCRを持つことを示す研究と合致する（Moonら、2011；ZehnとBevan、2006）。したがって、ナイーブ集団が大きいと、病原体が産生するペプチドのMHCアンカー変異体に対してより寛容な、高親和性TCRを発現するエフェクター細胞が大量に生成されるので、宿主にとって特に価値があると思われる。
外来ペプチド特異的なナイーブT細胞集団の細胞数と、予測される類似のTCRコンタクトを持つ自己ペプチドの数の間に逆相関があることは、小さな集団が自己p：MHC特異的TCRを持つクローンの欠失によってパーになることを示す証拠である。しかし、この相関は比較的弱いことに注意することが重要である。この理由の一つは、TCR接触アミノ酸を共有しているがMHCIIアンカーアミノ酸が異なるペプチドは、常にではないが、同じTCRに認識されることが多いからかもしれない。この不確かさは、負の選択を引き起こすと予測されたマウスのペプチドのいくつかは、おそらくそうではないことを意味する。もう一つの理由は、予測されたマウスペプチドの多くが胸腺抗原提示細胞で発現しない親タンパク質であったり、ペプチドを放出するために正しく処理されなかったりすることである可能性がある。さらに、TCR接触アミノ酸の化学的性質など、他の要因もナイーブ細胞集団のサイズに影響すると思われる（Chu et al.）
我々の発見は、組織限定自己ペプチドによって引き起こされるある種の自己免疫にも関連している可能性がある。我々は、MOGからのそのようなペプチドが、大きなナイーブT細胞集団によって認識されることを見出した。MOG:I-Ab特異的T細胞の数は、ここで述べた数よりもさらに多い可能性がある。MOG:I-Ab特異的T細胞集団のサイズが大きいことは、クローン性欠失の程度が低いことを示す以前の研究（Ben-Nunら、2006年）と一致する。
これは、MOGや同じTCR接触アミノ酸を持つ他のマウスペプチドが、胸腺抗原提示細胞上のI-Abによって豊富に表示されないためと思われる。MOG:I-Ab特異的T細胞集団は、そのサイズが大きいため、そのメンバーの一部が微生物模倣ペプチドによって活性化される可能性が高く、特に自己免疫を引き起こしやすいと思われる。いくつかの微生物ペプチドがミエリン塩基性タンパク質ペプチド：HLA-D特異的T細胞クローンを刺激することが示されていることから、ヒトについても同様の状況が存在すると考えられる（Birnbaumら、2014；WucherpfennigおよびStrominger、1995）。これらの研究は、TCR交差反応と負の選択についての理解を深めることで、自己免疫を誘発する感染症を特定することが可能になることを示唆している。
