神経毒性蛋白排出障害による神経変性機序の解明と新規排出促進の理論基盤の確立
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20K09398
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 56010:Neurosurgery-related
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| Research Institution | Juntendo University |
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Principal Investigator |
中島 円 順天堂大学, 医学部, 准教授 (50317450)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮嶋 雅一 順天堂大学, 医学部, 教授 (60200177)
新井 一 順天堂大学, 医学部, 教授 (70167229)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 水頭症 / 脳脊髄液 / 脈絡叢 / 共輸送体 / グリンパティックシステム / 認知症 / 動物モデル / 家族性水頭症 / 脈絡叢上衣細胞 / プロテインチロシンホスファターゼ / バイオマーカー / H-Txラット / 正常圧水頭症 |
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| Outline of Research at the Start |
疾患動物モデルと患者を対象にしたトランスレーショナルリサーチを行う．加齢にともない脳室拡大を呈する成人慢性水頭症動物モデルであるPTPN20KOマウス作製し，多次元イメージング，透明化脳標本を用いたコネクトーム解析を行い，形態学的特徴と高分子蛋白のクリアランスを検証し，遺伝子欠損と水頭症の発現，髄液・老廃物の排泄機序を解明する．臨床研究では髄液検体，剖検脳標本から，髄液バイオマーカー，MRIによる髄液ダイナミクス解析，免疫染色，mRNA抽出により，動物モデルで得られた知見を，実臨床で実証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳の活動により産出される老廃物の排出に，脳脊髄液，脳間質液による洗浄効果が注目される.グリンパティックシステムと呼ばれる脳の洗浄システムは，アルツハイマー病や特発性正常圧水頭症などの高齢者の認知機能障害をきたす神経変性疾患病態下で，タウやβアミロイドなど神経毒性を有した高分子蛋白の排泄機能が低下していると考えられる.
本研究で先天性水頭症モデル(H-Txラット)の遺伝子解析から抽出されたPtpn20の欠失に着目し，Ptpn20ノックアウトマウス(KO)の作製した。この疾患モデルマウスの詳細な観察の結果，脈絡叢におけるNa-K-Cl共輸送体のリン酸化が長期促進され，加齢とともに脳脊髄液のクリアランス停滞が惹起され，慢性水頭症を発症することを発見した(Xu, 2022).
次に，PTPN20KOを遺伝子組み換えによりアミロイド変性を促進させたAPP ノックインマウス （KI）と交配させ，脈絡叢Na-K-Cl共輸送体リン酸化修飾による脳内高分子蛋白排泄能効果を評価する疾患モデルを作製した。今後，認知行動実験(オープンフィールド，高架十字テスト，Y-迷路試験，モリス水迷路試験)を評価し，Aβ凝集体の代替として15nmの金ナノ粒子を用いて取り込みを観察し老廃物排泄機構を可視化していく．
現在，脳脊髄液によるクリアランスに対する疾患修飾治療薬はなく，高齢者の認知症治療としての開発が望まれている.脳内のイオン共輸送体の修飾により，グリンパティックシステムを再活性させ，神経毒性蛋白排除を促進することで ，老人性疾患病態・治療研究センターの研究方針に沿った認知症予防に革新的な治療法が開発できると考える.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
慢性水頭症モデルとしてPtpn20欠損モデルの観察結果を論文報告した。神経毒性蛋白排出障害を評価するため，PTPN20KOを遺伝子組み換えによりアミロイド変性を促進させたAPP ノックインマウス （KI）と交配させ，早期よりアミロイドが脳へ沈着する疾患モデルマウスの作製に成功した．形態的に慢性水頭症モデルとして一定の成果が得られたことから，本研究の進捗はおおむね順調に進展していると考えている．慢性水頭症モデルは加齢性変化に伴い発症するため，飼育期間が長期になり，検証に時間がかかることが加齢に伴う慢性水頭症モデルの評価には課題であったが，24週齢で野生型マウスと比較し，有意に脳室拡大を呈し，脳実質へアミロイド沈着も確認されたことから，研究期間の短縮にも貢献すると考えられた．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で実施された先天性水頭症モデル（H-Txラット）の遺伝子解析より抽出されたPtpn20の欠失は，ノックアウトマウス（KO）の作成により，脈絡叢におけるNa-K-Cl共輸送体のリン酸化が長期促進され，結果水頭症発現が惹起されることを報告した（Xu, 2022）．
次研究では，遺伝子組み換えにより作成されたアルツハイマー病モデルであるAPP ノックインマウス（KI）とPTPN20 KOを交配し作成した動物モデルを用いて，Na-K-Cl共輸送体修飾によるアミロイド排泄機構への影響を調査する．これまで脈絡叢Na-K-Cl共輸送体活性が脳内老廃物の排泄機構に与える影響を評価した報告はなく，独創的な研究となる．すでに，動物モデルの作成済みであり，適齢週時の認知機能評価・行動実験を行い，脳実質へのアミロイド沈着を評価する．
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Report
(3 results)
Research Products
(62 results)
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[Journal Article] Neuropathological findings in possible normal pressure hydrocephalus: A post-mortem study of 29 cases with lifelines2022
Author(s)
Joni Hanninen, Madoka Nakajima, Aleksi Vanninen, Santtu Hytonen, Jaana Rummukainen, Anne M. Koivisto, Olli-Pekka Kamarainen, Juha E. Jaaskelainen, Hilkka Soininen, Anna Sutela, Ritva Vanninen, Mikko Hiltunen, Irina Alafuzoff, Ville Leinonen, Tuomas Rauramaa
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Journal Title
Free Neuropathology
Volume: 3
Pages: 1-17
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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