T細胞活性化後、ORAI1、STIM1/2およびRYR1が秒以下のCa²⁺ミクロドメインを形成する

Sci. Signal. 18 Dec 2018:
Vol. 11, Issue 561, eaat0358
DOI: 10.1126/scisignal.aat0358

Björn-Philipp Diercks¹, René Werner², Paula Weidemüller¹, Frederik Czarniak¹, Lola Hernandez¹, Cari Lehmann¹, Annette Rosche¹, Aileen Krüger¹, Ulrike Kaufmann^3,*, Martin Vaeth³, Antonio V. Failla⁴, Bernd Zobiak⁴, Farid I. Kandil², Daniel Schetelig², Alexandra Ruthenbeck⁵, Chris Meier⁵, Dmitri Lodygin⁶, Alexander Flügel⁶, Dejian Ren⁷, Insa M. A. Wolf^1,†, Stefan Feske³, and Andreas H. Guse^1,†,‡

¹ The Calcium Signaling Group, Department of Biochemistry and Molecular Cell Biology, University Medical Centre Hamburg-Eppendorf, 20246 Hamburg, Germany.
² Department of Computational Neuroscience, University Medical Centre Hamburg-Eppendorf, 20246 Hamburg, Germany.
³ Department of Pathology, New York University School of Medicine, New York, NY 10016, USA.
⁴ Microscopy Core Facility, University Medical Centre Hamburg-Eppendorf, 20246 Hamburg, Germany.
⁵ Organic Chemistry, University of Hamburg, 20146 Hamburg, Germany.
⁶ Institute of Neuroimmunology, University of Göttingen, 37075 Göttingen, Germany.
⁷ Department of Biology, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104-6313, USA.

‡ Corresponding author. Email: guse@uke.de

* Present address: Genentech, South San Francisco, CA 94080, USA.

† These authors contributed equally to this work.

要約

T細胞活性化後に生じる最初の細胞内シグナルは、秒以下の局所的なCa²⁺ミクロドメインである。本研究では、非刺激および刺激T細胞の両方でCa²⁺ミクロドメイン形成に関与しているCa²⁺流入成分を特定した。非刺激T細胞では、小さいCa²⁺ミクロドメインの自然形成にORAI1、STIM1およびSTIM2が必要であった。非刺激T細胞の超高解像度顕微鏡検査によって、予め形成されたORAI1、リアノジン受容体（RYR）およびSTIM1のパッチが共局在化している、直径約300 nmの円形の原形質膜下領域が特定された。非刺激細胞中に予めSTIM1とORAI1の複合体が形成されていることは、共免疫沈降およびFörster共鳴エネルギー転移試験によって確認された。また、T細胞受容体（TCR）刺激後1秒以内に、原形質膜下空隙におけるCa²⁺ミクロドメイン数が増加したが、これには、ORAI1、STIM2、RYR1およびCa²⁺動員二次メッセンジャーであるNAADP（ニコチン酸アデニンジヌクオチドリン酸）が必要であった。これらの結果から、STIMとORAI1のクラスターが予め形成されることによって、非刺激細胞中の局所Ca²⁺ 流入事象が可能になることが示された。TCR活性化後、NAADPによって惹起されるRYR1を介したCa²⁺放出が、ORAI1およびSTIMを介したCa²⁺流入と協調して生じることにより、Ca²⁺ミクロドメイン数が急速に増加し、その結果、細胞質のより深部へのCa²⁺シグナルの拡散が開始され、本格的なT細胞活性化が促進される。

Citation B.-P. Diercks, R. Werner, P. Weidemüller, F. Czarniak, L. Hernandez, C. Lehmann, A. Rosche, A. Krüger, U. Kaufmann, M. Vaeth, A. V. Failla, B. Zobiak, F. I. Kandil, D. Schetelig, A. Ruthenbeck, C. Meier, D. Lodygin, A. Flügel, D. Ren, I. M. A. Wolf, S. Feske, A. H. Guse, ORAI1, STIM1/2, and RYR1 shape subsecond Ca²⁺microdomains upon T cell activation. Sci. Signal. 11, eaat0358 (2018).