カブトガニは，分類学的には節足動物門，節口綱，剣 尾目に属し，エビ・カニよりもクモに近縁である．現存 種は，北アメリカ東岸の ,アジア東
南海域沿岸の , ,
の4種であり，博多湾には が生息する．中生代化石種の外部形態が現存種 とよく似ているため，「生きた化石」と呼ばれるが，分 子進化学的に化石化しているわけではない．
は受精卵の中で4回脱皮し，孵化後は15年をかけ て18回の脱皮を繰り返して成熟する．その体液は，ご く微量のグラム陰性菌に反応して凝固する性質がある．
無菌的に採取すると，殺傷することなく1個体あたり 100 〜200 mlの体液を得ることができる．
カブトガニの血球は，99%が顆粒細胞で占められ，細 胞内には大・小2種類の顆粒があって，体液凝固因子，
セリンプロテアーゼ阻害剤（セルピン），レクチン，抗 菌ペプチド，トランスグルタミナーゼ （TGase） などの 自然免疫タンパク質が貯蔵されている（1〜3）．顆粒細胞 は，細胞表面の受容体を介して，グラム陰性菌の表層成 分であるリポ多糖 （LPS） に鋭敏に反応し，貯蔵されて いる自然免疫タンパク質を開口放出する．LPSは，ヒト においても自然免疫系を誘導するため，体内にLPSが 侵入すると，過剰な免疫反応の結果，発熱や重篤な ショックをひき起こすことがあり，臨床的には注射液や 透析液へのLPSの混入は重大な問題となる．カブトガ ニの顆粒細胞を材料にした高感度のLPS検出試薬が開
カブトガニの病原体に対する 自然免疫の応答と制御
柴田俊生，川畑俊一郎
九州大学大学院理学研究院
セミナー室
自然免疫の応答と制御
──その共通性と多様性‒6
発されており，医薬品の製品管理に利用されている．一 方で，ペプチドグリカンや
β
-1,3-d-グルカン （BDG） と いった他の病原体の表層成分に反応する受容体は見つ かっていない．今回は，これまでの半世紀にわたる研究 成果に基づいて，カブトガニ自然免疫系の応答と制御の 分子機構について概説する（1〜3）．カブトガニ体液のLPS感受性を高めるフィード バック機構
カブトガニの自然免疫を担う中心的なタンパク質のひ とつとして，体液凝固因子のC因子が挙げられる（1〜3）． C因子はLPS感受性のセリンプロテアーゼ前駆体であ り，LPSを認識すると自己活性化し，体液凝固カスケー ドを開始させる（図1）．C因子は顆粒細胞内に貯蔵され ているが，一部は顆粒細胞の表面にも発現しており，
LPS受容体として機能している（4）．活性化した細胞表面 上のC因子は，Gタンパク質依存性の細胞内シグナル伝 達経路を介して，細胞内のカルシウムイオン濃度を上昇 させ，顆粒内タンパク質の開口放出をひき起こす．C因
子は，N末端からシステインリッチ領域，EGFドメイ ン，補体因子に特徴的なCCPドメイン，C型レクチン ドメイン，さらにC末端のセリンプロテアーゼドメイン から構成されている．LPS結合領域はシステインリッチ 領域に局在する（5）．
顆粒細胞は，LPSに対してきわめて鋭敏に反応し，
10−13 g/ml （〜10−14 m） 程度のLPSで開口放出を誘導す ることができる（6）．C因子とLPSは，7.6×10−10 mの解 離定数で相互作用するが，その親和性だけでは，顆粒細 胞のLPSに対する感受性の高さは説明できない．カブ トガニの体液中には，106個/ml程度の顆粒細胞が存在 しており，LPSによる顆粒細胞の開口放出の感度は，細 胞濃度に大きく依存する．たとえば，細胞濃度が0.05× 106個/mlから0.8×106個/mlに変化すると，LPS感受性 は100万倍も上昇する（6）．それを担っているのが，顆粒 の主要成分のタキプレシンである．タキプレシンは，ハ チ毒のマストパランと構造的に類似している．マストパ ランは，マスト細胞のGタンパク質と直接結合し，開口 放出をひき起こすことが知られているが，事実，タキプ
図1■LPSがひき起こすカブトガニ顆粒細胞の開口放出と自然免疫反応
LPSは顆粒細胞のLPS受容体により認識され，顆粒成分が分泌される．C因子は，顆粒細胞表面ではLPS受容体として働き，凝固開始因子 や補体開始因子としても働く．また，G因子はBDGを認識して活性化し，凝固因子として働く．顆粒細胞によるLPS認識は，体液凝固だ けでなく，感染微生物の包囲化や殺菌，抗菌ペプチドによるヘモシアニンのフェノールオキシダーゼ （PO） への転換，創傷治癒などの自 然免疫ネットワークを誘導する．PLC：ホスホリパーゼC，IP3：イノシトール三リン酸，PIP2：ホスファチジルイノシトール二リン酸
レシンが顆粒細胞の開口放出をLPS非依存的にひき起 こすことが判明した．つまり，カブトガニ体液の高い LPS感受性は，LPS受容体を介して顆粒細胞から放出さ れたタキプレシンが，他の顆粒細胞の開口放出をLPS 非依存的に誘導するという正のフィードバック機構に支 えられている（図1）．一方，体液には，70 〜 100 mg/
mlという高濃度のヘモシアニンが存在しており，ヘモ シアニンがタキプレシンと結合することで，過剰な開口 放出を負に制御している（7, 8）．
カブトガニToll様受容体
Toll経路は，ショウジョウバエで発見された自然免疫 を誘導するひとつの経路であり，ショウジョウバエでは 発生時の背腹軸形成の重要なセリンプロテアーゼカス ケードでもある（図2）．感染微生物が侵入すると，細 胞表面上のToll受容体を介して細胞内にシグナルが伝 達され，最終的には，転写因子であるNF-
κ
Bが核内へ 移行し，各種抗菌ペプチドなどが産生される．哺乳類で もToll様受容体が異物認識受容体として機能している．カブトガニのToll様受容体は，ショウジョウバエToll とドメイン構造や分子サイズが類似している（9）．カブト ガニにも，転写因子のNF-
κ
Bやその抑制因子であるIκ
B のホモログが存在し，グラム陰性菌の感染はカブトガニ Iκ
Bの分解をひき起こし，カブトガニNF-κ
Bが核内へ移 行した後，NO合成酵素やC因子などの自然免疫関連タ ンパク質の転写を誘導する（10）．このように，NF-κ
Bを 介したシグナル伝達経路は，カブトガニから哺乳類まで 保存されている．ショウジョウバエでは，グラム陽性菌 や真菌の侵入があると，セリンプロテアーゼカスケード により，Tollのリガンドであるシュペツルが産生され る．カブトガニにおいては，まだこのような内因性のリ ガンドは不明であり，そのToll様受容体の自然免疫系への関与は不明である．
G因子によるBDGの認識
C因子は，グラム陰性菌のLPSによる活性化を受ける と，B因子を活性化し，活性化されたB因子は，凝固酵 素前駆体を凝固酵素へと活性化する．最終的には，凝固 酵素がコアギュローゲンをコアギュリンへと変換するこ とにより，不溶性のコアギュリンポリマーが形成される
（図1）（1〜3）．一方で，真菌の表層成分であるBDGは，顆
粒細胞から分泌されるG因子により認識される．BDG を結合した活性型G因子は，凝固酵素前駆体を凝固酵素 へと活性化する．G因子はヘテロ2量体のセリンプロテ アーゼ前駆体で，
α
サブユニットとβ
サブユニットから 構成される（1〜3）．β
サブユニットはセリンプロテアーゼ ド メ イ ン を 含 み，一 方，α
サ ブ ユ ニ ッ ト は，1つ のβ
-1,3-d-グルカナーゼA1-モジュール，3つのキシラ ナ ー ゼA-様 モ ジ ュ ー ル，2つ の キ シ ラ ナ ー ゼZ-様 モ ジュール（Z1およびZ2）から構成されている．BDGの 認識部位は，C末端側のZ1・Z2モジュールに存在して いる．Z1・Z2モジュールは，土壌細菌（ ） のエンドグルカナーゼ5Aのセルロース結合 モジュールと45%の配列類似性を示す．エンドグルカ ナーゼ5Aは，N末端の触媒ドメインと2つの糖鎖結合 モジュール （ CBM6-1・ CBM6-2） から構成されて いる．Z2モジュールのNMR解析から，Z2モジュール のリガンド結合部位と CBM6-2モジュールのリガン ド結合部位が一致することが判明した（11）．カブトガニ の自然免疫タンパク質の真菌認識と土壌細菌のセルロー ス分解酵素の基質認識の構造基盤が，進化的に保存され ていることはたいへん興味深い．
図2■カブトガニの体液凝固，哺乳 類の血液凝固，ショウジョウバエの 背腹軸決定に関与するセリンプロテ アーゼカスケードの比較
*はプロテアーゼ前駆体を，棒状の線 は相同タンパク質を示す．
カブトガニ体液凝固カスケードの進化的考察 カブトガニの体液凝固カスケードと哺乳類の血液凝固 カスケードは，創傷局所でのプロテアーゼによる連鎖反 応という点では共通している．しかし，コアギュローゲ ンは，フィブリノーゲンの相同タンパク質ではなく，カ ブトガニの異物認識分子であるタキレクチン-5Aや5B が，フィブリノーゲンのホモログである（12）．一方では，
カブトガニの体液凝固カスケードは，ショウジョウバエ の背腹軸決定に関与するセリンプロテアーゼカスケード と相同である（図2）（1〜3）．さらに，コアギュローゲン は，進化的にはショウジョウバエのToll受容体の内在 性リガンドであるシュペツルと相同であり，カブトガニ のB因子および凝固酵素のN末端に存在するクリップド メインは，プロシュペツルのプロセシングに関わるプロ テアーゼであるスネークやイーターにも存在する．この ように，カブトガニとショウジョウバエの両カスケード は共通の祖先から進化したと推定される．まさに，大野 乾氏が『生命の誕生と進化』の中で語った「一創造百盗 作」の典型である．
レクチンによる異物認識
カブトガニの顆粒細胞から4種類（タキレクチン-1〜
4），血漿から4種類（タキレクチン-5A, 5B, タキレクチ ン1類似体であるガラクトース結合タンパク質，C-反応 性タンパク質）のレクチンが精製されている（13）．これ らのレクチンはそれぞれ異なる糖結合親和性を有してい る．タキレクチン-1はグラム陰性菌表層成分の2-ケ ト-3-デオキシオクトン酸，タキレクチン-2はGlcNAcや GalNAc, さらにグラム陽性菌表層成分のリポテイコ酸 を認識する．タキレクチン-3はS型LPSを有する大腸菌 O111 : B4のO抗原を認識する．タキレクチン-4は同じ く大腸菌O111 : B4のO抗原特有の糖であるコリトース の認識を行なう．タキレクチン-5Aと5Bはフィブリ ノーゲンのホモログであり，アセチル基を認識すること で，すべてのヒト赤血球に対して非常に強い凝集活性を 示す．血漿中のタキレクチン-5Aの濃度は約10
μ
g/mlで あり，感染微生物の認識に非常に重要な役割を果たして いると考えられる．タキレクチン-1, 2, および5Aに関し ては，立体構造も決定され，異物認識の分子基盤が判明している（14, 15）．最近では，これらのレクチンが補体活
性化に重要な役割を果たしていることが明らかになりつ つある．
抗菌ペプチドの殺菌作用と多機能性
抗菌ペプチドは，感染微生物の殺菌に直接働く重要な 自然免疫因子である．顆粒細胞には，タキプレシン，
ビッグディフェンシン，タキサイチン，タキスタチンと いうシステインに富む抗菌ペプチドが貯蔵されており，
これらの立体構造がすべて明らかとなっている（1〜3）．た とえば，ビッグディフェンシンは，グラム陰性菌に対し て抗菌活性を有する疎水性の強いN末端のドメインと，
グラム陰性菌に対して抗菌活性を有するC末端のドメイ ンからなる．哺乳類のディフェンシンは，C末端側と相 同性がある．興味深いことに，1種類の抗菌ペプチド は，他の抗菌ペプチドと共存すると，その抗菌活性が著 しく増強する．たとえば，タキサイチンは単独では強い 抗菌活性を示さないが，ビッグディフェンシンと共存す ると，ビッグディフェンシンの有効濃度を約1/50まで 低下させることができる．また，カブトガニの抗菌ペプ チドは，すべてキチンとの結合活性を示す．抗菌ペプチ ドが，創傷した外骨格と結合することで，修復を促して いる可能性がある．また，タキプレシンは，グラム陰性 菌に対して強い抗菌活性を示すとともに，酸素運搬を行 なう血漿成分のヘモシアニンと結合する（7, 8）．タキプレ シンと結合したヘモシアニンは，メラニン形成や感染微 生物に対する防御を行なうフェノールオキシダーゼ様活 性を示す．カブトガニからは，フェノールオキシダーゼ は同定されていないため，ヘモシアニンが感染局所で フェノールオキシダーゼとしての役割を果たしていると 推定される．
補体系による病原体認識
補体系は，血漿中の補体系因子群から構成される自然 免疫経路であり，感染微生物の殺菌や貪食などに関与し ている．カブトガニからは，補体系の中心的な役割を果 たすC3が同定されている（16, 17）．カブトガニC3 （TtC3）
のドメイン構造は哺乳類のC3と同一である．カブトガ ニの補体系の活性化により，TtC3はTtC3bへと切断さ れ，TtC3bはバクテリアの表層へと結合する（図3）． 血 漿 中 のTtC3は，LPSに よ り 強 く 活 性 化 を 受 け，
TtC3bへと切断される．抗C因子抗体が，TtC3bへの切 断を阻害し，グラム陰性菌へのTtC3bの結合も阻害す ることから，C因子は凝固系だけでなく，補体系の開始 反応においても重要な役割を果たしていることが判明し た（17）．TtC3は，C因 子 と 相 互 作 用（解 離 定 数4.9×
10−8 m）するが，TtC3の血漿濃度 （300
μ
g/ml） とC因子の血漿濃度 （10
μ
g/ml） から，血漿中のほとんどのC 因子は，TtC3と複合体を形成しているものと推定され る．この複合体は，グラム陰性菌表層でのC因子による TtC3からTtC3bへの変換を促していると考えられる．哺乳類の補体系第二経路に存在する補体系B因子は，
C3bと結合し，C3変換酵素として働いているが，カブ トガニにおいても補体系B因子が発見され（16），補体活 性化におけるB因子の機能解明が進行中である．
トランスグルタミナーゼによる凝固塊形成と創傷治 癒
節足動物では体液凝固は，タンパク質架橋酵素である トランスグルタミナーゼ （TGase） が担っている（18）．近 年，ショウジョウバエにおいて，TGaseによるFondue と呼ばれるタンパク質の架橋反応が，幼虫における体液 凝固に関わることが判明した．カブトガニにおいては，
LPSやBDGによる体液凝固カスケードにより，コア ギュローゲンがコアギュリンに変換され，それらの相互 作用によってホモポリマー化する．コアギュリンは，
TGaseの基質ではないが，顆粒細胞から開口放出され たTGaseの基質（スタビリンやプロキシン）と親和性 がある（19）．スタビリンは，LPSやリポテイコ酸と結合 し，グラム陰性菌およびグラム陽性菌に対する凝集活性 を示す．結果的に，コアギュリンに取り込まれたスタビ リンやプロキシンがTGaseにより架橋されることで，
コアギュリンメッシュが安定化され，効率的にバクテリ アの包囲化が行なわれる．さらに，スタビリンは，外骨 格の成分であるキチンと結合することから，コアギュリ ンメッシュは，創傷治癒にも関与することが示唆される
（図4）．
カブトガニのキチン結合性タンパク質の多くは，
TGaseの基質となることが判明しているが，そのひとつ であるカラキシン-1は，外骨格の上皮細胞特異的に発現 している（20）．組換え体カラキシン-1は，液体中で20量 体を形成し，このオリゴマーはTGaseによる架橋反応 を受け，コアギュリンとは異なる蜂の巣状のメッシュ構 造を形成する．外骨格の創傷部位において，顆粒細胞か 図3■カブトガニ補体系のグラム陰性菌表層での活性化反応
TtC3と結合したC因子は，グラム陰性菌表層のLPSを認識し，活 性化したC因子はTtC3をTtC3bへと転換する．TtC3bは細菌表 層へと結合し，異物を標識する．現在，補体系B因子 （Bf） の補 体系への関与も示唆されている．
図4■TGaseによる創傷部位の修復 反応
創傷局所に遊走してきた顆粒細胞か ら，LPS刺激に応答してTGaseが放 出される．TGaseは，血漿中のカル シウムイオンによりただちに活性化 し，上皮細胞から分泌されたカラキ シンを架橋する．架橋されたカラキ シンメッシュは，コアギュリンメッ シュと共同して，感染微生物の創傷 部位からの侵入を防ぐバリアーとし て働くとともに創傷治癒に働くと推 定される．
ら放出されたTGaseは，血漿中のカルシウムイオンに よって直ちに活性化し，上皮細胞から分泌されたカラキ シン-1が架橋される．TGaseによって安定化されたコ アギュリンとカラキシンのメッシュは，傷口を効率よく 止血するとともに，感染微生物の侵入を防いでいるので あろう．
おわりに
カブトガニは，血漿や顆粒細胞に多くの自然免疫タン パク質を備えており，感染局所において協調的に機能し ている（図1, 3, 4）．感染微生物により自然免疫タンパ ク質が顆粒細胞から開口放出されると，ただちに体液凝 固カスケードが開始し，コアギュリンポリマーが形成さ れる．このポリマーは，TGaseにより架橋されたプロキ シンやスタビリンと相互作用することで強固なコアギュ リンメッシュとなり，カラキシンメッシュと共同して体 液の流出を防ぐとともに，創傷治癒を促進すると考えら れる．凝固反応は，プロテアーゼ阻害剤であるセルピン により負に制御され，不要になったプロテアーゼは，阻 害剤複合体としてクリアランスされる．一方，感染微生 物は，レクチン群で凝集され，抗菌ペプチドによって殺 菌される．さらに，血漿中では，C因子，血漿レクチン 群の存在下で補体系が活性化し，最終的には血管内皮細 胞の食作用により体内から除去されると推定される．こ のようにカブトガニは，感染微生物の認識，包囲化，殺 菌，除去，さらには創傷治癒にいたる洗練された自然免 疫のネットワークを有していることが明らかになってき た．
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東 原 和 成（Kazushige Touhara） Vol.
49, No. 7. p. 508参照
長谷川利拡（Toshihiro Hasegawa） ＜略 歴＞1985年京都大学農学部農学科卒業／
1988年同大学大学院農学研究科農学専攻 修士課程修了／ 1990年同博士後期課程中 退／同年九州東海大学農学部助手／ 1994 年同講師／ 1997年北海道大学農学部助 手／ 1999年同助教授／ 2003年（独）農業環 境技術研究所主任研究員／ 2009年同上席 研究員，現在にいたる．1996年農博（京 都大学）＜研究テーマと抱負＞作物の環境 応答のモデル化，耕作生態系の仕組みを理
解して気候変動への対応を図る＜趣味＞音 楽演奏
原 田 昌 彦（Masahiko Harata） ＜略 歴＞1984年東北大学理学部生物学科卒 業／ 1989年同大学大学院農学研究科農芸 化学専攻博士課程後期課程修了（農博）／
同年同大学農学部助手／ 2002年同大学大 学院農学研究科助教授を経て，同准教授，
現在にいたる．この間，1996 〜 98年オー ストリア・ウィーン大学がん研究所研究員
＜研究テーマと抱負＞クロマチン・細胞核 の構造に基づくゲノム機能制御，細胞核内 のアクチンファミリーの機能＜趣味＞音
楽・絵画鑑賞，楽しいお酒
藤田 敏郎（Toshiro Fujita） ＜略歴＞
1972年慶應義塾大学医学部卒業後，同大 学病院，川崎市立井田病院研修医，米国 NIH研究員，筑波大学講師，東京大学医 学部講師，助教授を経て，1995年同大学 大学院医学系研究科腎臓・内分泌内科教 授，現在にいたる＜研究テーマと抱負＞腎 臓・内分泌疾患．特にアルドステロン，酸 化ストレス，腎尿細管機能，電解質代謝，
高血圧について研究＜趣味＞山登り
