ゼブラフィッシュ幼虫モデルでは、Mucor circinelloidesに対する初期の組織特異的な自然免疫応答が明らかになっている

A zebrafish larval model reveals early tissue-specific innate immune responses to Mucor circinelloides.

• Kerstin Voelz
• Remi L Gratacap
• Robert T Wheeler

抄録

ムコ真菌症は、臨床的に管理が困難な新興の真菌感染症であり、罹患率の増加と死亡率が極めて高い。糖尿病、免疫力の低下、外傷性外傷のある人は、病気を発症するリスクが高くなります。これらの個体では、多くの場合、食細胞のエフェクター細胞機能に欠陥があります。哺乳類モデルや食細胞エフェクター細胞株を用いた研究では、粘膜真菌症に対する宿主防御における自然免疫系の重要性を解明しようと試みられてきた。しかし、これらのモデルシステムは、生体内での自然免疫エフェクター細胞と感染性胞子菌との相互作用を直接解析するには十分ではなかった。ここでは、全動物ゼブラフィッシュ幼虫モデルシステムを用いて、粘菌感染に対する初期の自然免疫応答をin vivoで初めてリアルタイムに解析したことを報告する。その結果、感染部位（後脳脳室と泳ぎ膀胱）に依存した宿主感受性の違いや、2つの主要な貪食細胞エフェクター細胞の機能の違いを明らかにした。また、幼虫の粘菌胞子感染症に対する感受性は、免疫抑制剤の投与により増加した。マクロファージと好中球が生体内で感染部位に容易に誘導され、胞子の貪食が生体内でリアルタイムに観察できることを初めて示した。自然免疫エフェクターのリクルート動態を調べているうちに、真菌胞子に反応して食細胞クラスターが形成され、これが真菌胞子の拡散に役割を果たす可能性があることを発見した。いずれの感染モデルにおいても、胞子は感染後6時間までにプロ炎症性遺伝子の発現を活性化することができなかった。24時間後には、後脳室感染でのみプロ炎症反応の誘導が観察された。同じ時間枠内で泳嚢への胞子注入後には、弱いプロ炎症反応のみが開始された。将来的には、ゼブラフィッシュ幼虫を動物全体の生きたモデル系として用いることで、粘膜真菌症時の真菌胞子と宿主の自然免疫系の相互作用に関与する分子機構の研究に大きく貢献することが期待される。

Mucormycosis is an emerging fungal infection that is clinically difficult to manage, with increasing incidence and extremely high mortality rates. Individuals with diabetes, suppressed immunity or traumatic injury are at increased risk of developing disease. These individuals often present with defects in phagocytic effector cell function. Research using mammalian models and phagocytic effector cell lines has attempted to decipher the importance of the innate immune system in host defence against mucormycosis. However, these model systems have not been satisfactory for direct analysis of the interaction between innate immune effector cells and infectious sporangiospores in vivo. Here, we report the first real-time in vivo analysis of the early innate immune response to mucormycete infection using a whole-animal zebrafish larval model system. We identified differential host susceptibility, dependent on the site of infection (hindbrain ventricle and swim bladder), as well as differential functions of the two major phagocyte effector cell types in response to viable and non-viable spores. Larval susceptibility to mucormycete spore infection was increased upon immunosuppressant treatment. We showed for the first time that macrophages and neutrophils were readily recruited in vivo to the site of infection in an intact host and that spore phagocytosis can be observed in real-time in vivo. While exploring innate immune effector recruitment dynamics, we discovered the formation of phagocyte clusters in response to fungal spores that potentially play a role in fungal spore dissemination. Spores failed to activate pro-inflammatory gene expression by 6 h post-infection in both infection models. After 24 h, induction of a pro-inflammatory response was observed only in hindbrain ventricle infections. Only a weak pro-inflammatory response was initiated after spore injection into the swim bladder during the same time frame. In the future, the zebrafish larva as a live whole-animal model system will contribute greatly to the study of molecular mechanisms involved in the interaction of the host innate immune system with fungal spores during mucormycosis.

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