腸内菌のゲノムにおける免疫刺激CPGモチーフと人間の健康と病気におけるその役割

Toll様受容体（TLR）シグナル伝達は、腸の上皮および免疫細胞で重要な役割を果たします。TLR9は、細菌DNAのメチル化されていないCPGモチーフを認識し、TLR9シグナル伝達は腸上皮の恒常性を維持します。ここでは、主要な細菌性門にわたる腸内共生細菌のゲノムにおけるCPGモチーフの頻度のバイオインフォマティック分析を実施しました。潜在的に免疫炎症性CPGモチーフ（すべてのCPGヘキサマー）またはプリン純粋なCG-ピリミジン - ピリミジンヘキサマーの頻度は、ゲノムG+C含有量に直線的に依存していました。プロテオバクテリア、バクテロイド、およびアクチノバクテリア（ビフィジドバクテリアを含む）に属する種が、ヒトTLR9を刺激する最適なモチーフであるGTCGTTの高いカウントを運ぶことがわかりました。また、腸球菌、case、lactobacillus casei、lactobacillus folantarum、およびlactobacillus rhamnosusがプロバイオティクスとして販売されていることがわかりました。腸内細菌種は、CPGモチーフのゲノム含有量が大きく異なるため、腸内のCPGモチーフの全体的な負荷は、微生物叢の種とその細胞数に依存します。微生物叢の最適なCPGモチーフ含有量は、宿主の生理学的状態に依存し、その結果、適切なレベルのTLR9シグナル伝達に依存する可能性があります。CPGモチーフが豊富なDNAを備えた微生物の数が増加した微生物叢は、健康な人の粘膜機能をよりよくサポートし、アレルギー疾患のTヘルパー1（TH1）/TH2の不均衡を改善できると推測します。しかし、自己免疫障害では、CPGモチーフが豊富なDNAは、Th1型免疫応答性をさらに高める可能性があります。腸内微生物叢におけるCPGモチーフを含む微生物関連分子パターンの負荷の推定は、さまざまな病気にわたる宿主ミクローブの相互作用に新たな光を当てることができます。

Toll-like receptor (TLR) signalling plays an important role in epithelial and immune cells of the intestine. TLR9 recognizes unmethylated CpG motifs in bacterial DNA, and TLR9 signalling maintains the gut epithelial homeostasis. Here, we carried out a bioinformatic analysis of the frequency of CpG motifs in the genomes of gut commensal bacteria across major bacterial phyla. The frequency of potentially immunostimulatory CpG motifs (all CpG hexamers) or purine-purine-CG-pyrimidine-pyrimidine hexamers was linearly dependent on the genomic G+C content. We found that species belonging to Proteobacteria, Bacteroidetes and Actinobacteria (including bifidobacteria) carried high counts of GTCGTT, the optimal motif stimulating human TLR9. We also found that Enterococcus faecalis, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum and Lactobacillus rhamnosus, whose strains have been marketed as probiotics, had high counts of GTCGTT motifs. As gut bacterial species differ significantly in their genomic content of CpG motifs, the overall load of CpG motifs in the intestine depends on the species assembly of microbiota and their cell numbers. The optimal CpG motif content of microbiota may depend on the host's physiological status and, consequently, on an adequate level of TLR9 signalling. We speculate that microbiota with increased numbers of microbes with CpG motif-rich DNA could better support mucosal functions in healthy individuals and improve the T-helper 1 (Th1)/Th2 imbalance in allergic diseases. In autoimmune disorders, CpG motif-rich DNA could, however, further increase the Th1-type immune responsiveness. Estimation of the load of microbe-associated molecular patterns, including CpG motifs, in gut microbiota could shed new light on host-microbe interactions across a range of diseases.