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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

Research Project

Project/Area Number 20K09398
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 56010:Neurosurgery-related
Research InstitutionJuntendo University

Principal Investigator

中島 円  順天堂大学, 医学部, 准教授 (50317450)

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)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
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)
Keywords脈絡叢 / βアミロイド / プロテインチロシンホスファターゼ / 水頭症 / アルツハイマー病 / 認知機能障害 / 脳脊髄液 / 遺伝子組み換え / 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 / バイオマーカー / H-Txラット / 正常圧水頭症
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.

Outline of Annual Research Achievements

【研究目的】脳室上衣の機能障害に着目し、遺伝子組み換えにより作成したアルツハイマー病モデルであるAPP ノックイン(KI)マウスと慢性水頭症モデルPTPN20ノックアウト(NO)マウスを交配し、「加齢と共にβアミロイド(Aβ)が脳内に蓄積される脳脊髄液代謝の停滞した慢性水頭症動物モデル:H-ADモデル」を構築し、高分子蛋白の排泄経路を探ることを目的とした。
【成果】Wtマウス、APP(KI)マウス、PTPN20(KO)マウス、H-ADモデルにおける8、16週齢時点の脳室サイズを脳切片作成しHE染色標本での計測した。8週齢時点でH-ADモデルの有意な脳室拡大を認めた。脳実質、脈絡叢でのAβ沈着を蛍光免疫染色で評価し、海馬、大脳皮質への早期のAβ沈着を確認した。
16週齢のPTPN20(KO)マウス、APP(KI)マウス、H-ADモデルの認知行動実験(Y-迷路試験、モリス水迷路試験)を施行し、APP(KI)マウス、APP(KI)xPTPN20(KO)マウスでの認知機能低下を確認した。
H-ADモデルの脈絡叢、海馬を抽出し、走査電子顕微鏡にて脈絡叢の上皮細胞、微絨毛の変性を認め、透過電子顕微鏡で微絨毛の不規則な配列と細胞密度の減少があり、脈絡叢上皮細胞の正常構造の破綻が確認された。脈絡叢に特異的に発現するPTPN20をKOすることで、脳内にAβ早期沈着を認めたことから、脈絡叢はAβクリアランスに関与している可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

APP-KI/とPtpn20 KOを交配した新品種のAPP-KI/ Ptpn20 KOを作成。遺伝子組み換えによるH-ADモデル(APP(KI)xPTPN20(KO)マウス)の作成に成功し、モデルマウスの評価を実行し得た。
Aβプラーク定量化:マウス脳切片を経時的(8,16,24週齢)に作成し、アミロイドプラーク蛍光染色と各抗体(GFAP, PTPN20, Aβ)の2重染色を実施し、Aβプラーク形成時期/数を確認し得た。
認知行動評価:適齢時のPtpn20 KO /APP-KI, APP-KI, および野生型マウスに対し,認知行動実験(オープンフィールド, 高架十字,Y-迷路,モリス水迷路試験)を実施し,解析し得た。

Strategy for Future Research Activity

ELISA法を用いて局在アミロイド(溶解,凝集)を定量評価する。
遺伝子発現解析:Transcriptome ArrayとIngenuity Pathway Analysis Softwareを用いて、APP-KI/Ptpn20 KOの脳実質、脈絡叢の発現プロファイル及びNKCC1のリン酸化の活性化に関与するSte20/SPS1- related proline/alanine-rich kinase (SPAK) pathwayを確認する。
H-ADモデルの後頭蓋窩より脳脊髄液を採取し、Aβ含有量を測定する。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、及ほされた影響を明らかにする。さらに引き続き認知行動行動実験(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、慢性的な脳脊髄液停滞(水頭症)病態がAβの大脳皮質およひ海馬への蓄積に与える影響を検証する。
<神経細胞機能と排泄機能> 電気生理学的評価:認知行動実験後、マウスを犠牲にし、海馬脳スライスに対しマルチチャネルパッチクランプ法(MEA2100システム)による電気生理学的な神経活動評価を行い, 長期増強を確認する。
排泄能解析: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、また尾状核および大槽(→脳室への逆流)に蛍光物質を微量注入し、蛍光物質の脳からの排泄増加を経時的に蛍光プレートリーダー(FlexStation3)で定量する。
ここまで得られた研究成果により、脈絡叢におけるPPTN20機能障害によるクリアランス障害、認知障害に関する影響をまとめ、国内外の雑誌で報告する。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (86 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (26 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 25 results,  Open Access: 19 results) Presentation (47 results) (of which Int'l Joint Research: 14 results,  Invited: 26 results) Book (5 results) Remarks (4 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Eastern Finland(フィンランド)

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  • [Journal Article] 特集 特発性正常圧水頭症の現在 特発性正常圧水頭症のバイオマーカー2024

    • Author(s)
      中島 円
    • Journal Title

      BRAIN and NERVE

      Volume: 76 Issue: 2 Pages: 151-157

    • DOI

      10.11477/mf.1416202577

    • ISSN
      1344-8129, 1881-6096
    • Year and Date
      2024-02-01
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  • [Journal Article] MR Fingerprinting and Complex-Valued Neural Network for Amyloid Quantification : A Voxel-Wise Approach [Presidential Award Proceedings]2023

    • Author(s)
      FUJITA Shohei、OTSUKA Yujiro、MURATA Katsutoshi、KOERZDOERFER Gregor、NITTKA Mathias、MOTOI Yumiko、NAKAJIMA Madoka、MURAKAMI Koji、BILGIC Berkin、FUKUNAGA Issei、KAMAGATA Koji、ABE Osamu、AOKI Shigeki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Magnetic Resonance in Medicine

      Volume: 43 Issue: 2 Pages: 66-68

    • DOI

      10.2463/jjmrm.2022-1770

    • ISSN
      0914-9457, 2434-0499
    • Year and Date
      2023-05-15
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Proper Therapy Selection Improves Epilepsy Outcomes in Patients With Multilobar Sturge-Weber Syndrome.2023

    • Author(s)
      Sugano H, Iimura Y, Suzuki H, Mitsuhashi T, Ueda T, Nishioka K, Tamrakar S, Karagiozov K, Nakajima M
    • Journal Title

      Pediatr Neurol.

      Volume: 24 Pages: 6-12

    • DOI

      10.1016/j.pediatrneurol.2023.02.011

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 神経内視鏡を用いた水頭症の手術2023

    • Author(s)
      中島 円
    • Journal Title

      医学のあゆみ

      Volume: 286 Pages: 1260-1264

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  • [Journal Article] 特集 水頭症-脳脊髄液動態への理解と治療に迫る Ⅱ特発性正常圧水頭症 特発性正常圧水頭症(iNPH)の診断2022

    • Author(s)
      中島 円、川村 海渡
    • Journal Title

      Neurological Surgery 脳神経外科

      Volume: 50 Issue: 2 Pages: 298-308

    • DOI

      10.11477/mf.1436204558

    • ISSN
      0301-2603, 1882-1251
    • Year and Date
      2022-03-10
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  • [Journal Article] Reconsidering Ventriculoperitoneal Shunt Surgery and Postoperative Shunt Valve Pressure Adjustment: Our Approaches Learned From Past Challenges and Failures2022

    • Author(s)
      Yamada Shigeki、Ishikawa Masatsune、Nakajima Madoka、Nozaki Kazuhiko
    • Journal Title

      Frontiers in Neurology

      Volume: 12 Pages: 798488-798488

    • DOI

      10.3389/fneur.2021.798488

    • NAID

      120007188662

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  • [Journal Article] Water Diffusivity Changes Along the Perivascular Space After Lumboperitoneal Shunt Surgery in Idiopathic Normal Pressure Hydrocephalus2022

    • Author(s)
      Kikuta Junko、Kamagata Koji、Taoka Toshiaki、Takabayashi Kaito、Uchida Wataru、Saito Yuya、Andica Christina、Wada Akihiko、Kawamura Kaito、Akiba Chihiro、Nakajima Madoka、Miyajima Masakazu、Naganawa Shinji、Aoki Shigeki
    • Journal Title

      Frontiers in Neurology

      Volume: 13 Pages: 843883-843883

    • DOI

      10.3389/fneur.2022.843883

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    • Author(s)
      Xu Hanbing、Miyajima Masakazu、Nakajima Madoka、Ogino Ikuko、Kawamura Kaito、Akiba Chihiro、Kamohara Chihiro、Sakamoto Koichiro、Karagiozov Kostadin、Nakamura Eri、Tada Nobuhiro、Arai Hajime、Kondo Akihide
    • Journal Title

      Fluids and Barriers of the CNS

      Volume: 19 Issue: 1 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1186/s12987-022-00341-z

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  • [Journal Article] Higher phase-amplitude coupling between ripple and slow oscillations indicates the distribution of epileptogenicity in temporal lobe epilepsy with hippocampal sclerosis2022

    • Author(s)
      Tamrakar Samantha、Iimura Yasushi、Suzuki Hiroharu、Mitsuhashi Takumi、Ueda Tetsuya、Nishioka Kazuki、Karagiozov Kostadin、Nakajima Madoka、Miao Yao、Tanaka Toshihisa、Sugano Hidenori
    • Journal Title

      Seizure

      Volume: 100 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1016/j.seizure.2022.05.024

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  • [Journal Article] Epilepsy surgery without lipoma removal for temporal lobe epilepsy associated with lipoma in the Sylvian fissure2022

    • Author(s)
      Nomura Kazuki、Suzuki Hiroharu、Iimura Yasushi、Mitsuhashi Takumi、Tamrakar Samantha、Ueda Tetsuya、Nishioka Kazuki、Fusegi Keiko、Tada Mari、Nakajima Madoka、Kakita Akiyoshi、Sugano Hidenori
    • Journal Title

      Acta Neurochirurgica

      Volume: 165 Issue: 1 Pages: 265-269

    • DOI

      10.1007/s00701-022-05330-7

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  • [Journal Article] Editorial: Toward a better understanding of the pathophysiology and clinical management of idiopathic normal pressure hydrocephalus2022

    • Author(s)
      Karagiozov Kostadin L.、Leinonen Ville、Miyajima Masakazu、Nakajima Madoka
    • Journal Title

      Frontiers in Neurology

      Volume: 13

    • DOI

      10.3389/fneur.2022.1013720

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  • [Journal Article] Effect of comorbid Parkinson’s disease and Parkinson’s disease dementia on the course of idiopathic normal pressure hydrocephalus2022

    • Author(s)
      Sakurai Anri、Tsunemi Taiji、Shimada Tomoyo、Kawamura Kaito、Nakajima Madoka、Miyajima Masakazu、Hattori Nobutaka
    • Journal Title

      Journal of Neurosurgery

      Volume: Online ahead of print Issue: 5 Pages: 1-8

    • DOI

      10.3171/2022.1.jns212282

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    • 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
    • Journal Title

      Free Neuropathology

      Volume: 3 Pages: 1-17

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  • [Journal Article] Tap Test Can Predict Cognitive Improvement in Patients With iNPH-Results From the Multicenter Prospective Studies SINPHONI-1 and -22021

    • Author(s)
      Nakajima M, Yamada S, Miyajima M, Kawamura K, Akiba C, Kazui H, Mori E, Ishikawa M, and the SINPHONI-2 Investigators.
    • Journal Title

      Frontiers in Neurology.

      Volume: 12 Pages: 769216-769216

    • DOI

      10.3389/fneur.2021.769216

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  • [Journal Article] Differentiating comorbidities and predicting prognosis in idiopathic normal pressure hydrocephalus using cerebrospinal fluid biomarkers2021

    • Author(s)
      Nakajima Madoka、Kawamura Kaito、Akiba Chihiro、Sakamoto Koichiro、Xu Hambing、Kamohara Chihiro、Ogino Ikuko、Karagiozov Kostadin、Tange Yuichi、Shimoji Kazuaki、Yamada Shinya、Kondo Akihide、Arai Hajime、Miyajima Masakazu
    • Journal Title

      Croatian Medical Journal

      Volume: 62 Issue: 4 Pages: 387-398

    • DOI

      10.3325/cmj.2021.62.387

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      Iijima Junko、Hoshi Kyoka、Ito Hiromi、Kanno Mayumi、Murakami Yuta、Takahashi Koichi、Matsumoto Kana、Yamaguchi Yoshiki、Nakajima Madoka、Miyajima Masakazu、Arai Hajime、Kanai Mitsuyasu、Kitazume Shinobu、Honda Takashi、Hashimoto Yasuhiro
    • Journal Title

      FUKUSHIMA JOURNAL OF MEDICAL SCIENCE

      Volume: 67 Issue: 2 Pages: 64-70

    • DOI

      10.5387/fms.2020-19

    • NAID

      130008079104

    • ISSN
      0016-2590, 2185-4610
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    • Author(s)
      Kawamura Kaito、Miyajima Masakazu、Nakajima Madoka、Kanai Mitsuyasu、Motoi Yumiko、Nojiri Shuko、Akiba Chihiro、Ogino Ikuko、Xu Hanbing、Kamohara Chihiro、Yamada Shinya、Karagiozov Kostadin、Ikeuchi Takeshi、Kondo Akihide、Arai Hajime
    • Journal Title

      Journal of Alzheimer's Disease

      Volume: 83 Issue: 1 Pages: 179-190

    • DOI

      10.3233/jad-210226

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    • Author(s)
      Vanninen Aleksi、Nakajima Madoka、Miyajima Masakazu、Rauramaa Tuomas、Kokki Merja、Musialowicz Tadeusz、Makinen Petra M.、Herukka Sanna-Kaisa、Koivisto Anne M.、Jaaskelainen Juha E.、Hiltunen Mikko、Leinonen Ville
    • Journal Title

      Journal of Clinical Medicine

      Volume: 10 Issue: 5 Pages: 1105-1105

    • DOI

      10.3390/jcm10051105

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    • Author(s)
      K. Sakamoto, M. Nakajima, K. Kawamura, E. Nakamura, N. Tada, A. Kondo, H. Arai, M. Miyajima
    • Journal Title

      Child's Nervous System

      Volume: 37(11) Issue: 11 Pages: 3355-3364

    • DOI

      10.1007/s00381-021-05194-9

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      中島 円
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      Volume: 32 Pages: 277-283

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      中島 円
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      Volume: 63 Pages: 1247-1255

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  • [Journal Article] Guidelines for Management of Idiopathic Normal Pressure Hydrocephalus (Third Edition): Endorsed by the Japanese Society of Normal Pressure Hydrocephalus2021

    • Author(s)
      NAKAJIMA Madoka、YAMADA Shigeki、MIYAJIMA Masakazu、Kazunari Ishii, ..... Chihiro Akiba, Kaito Kawamura, ...Hajime Arai. The research committee of idiopathic normal pressure hydrocephalus
    • Journal Title

      Neurologia medico-chirurgica

      Volume: 61 Issue: 2 Pages: 63-97

    • DOI

      10.2176/nmc.st.2020-0292

    • NAID

      130007986452

    • ISSN
      0470-8105, 1349-8029
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    • Author(s)
      Nakajima M.、Rauramaa T.、Makinen P. M.、Hiltunen M.、Herukka S.‐K.、Kokki M.、Musialowicz T.、Jyrkkanen H.‐K.、Danner N.、Junkkari A.、Koivisto A. M.、Jaaskelainen J. E.、Miyajima M.、Ogino I.、Furuta A.、Akiba C.、Kawamura K.、Kamohara C.、Sugano H.、Tange Y.、Karagiozov K.、Leinonen V.、Arai H.
    • Journal Title

      European Journal of Neurology

      Volume: 28 Issue: 2 Pages: 389-400

    • DOI

      10.1111/ene.14575

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      Kamohara Chihiro、Nakajima Madoka、Kawamura Kaito、Akiba Chihiro、Ogino Ikuko、Xu Hanbing、Karagiozov Kostadin、Arai Hajime、Miyajima Masakazu
    • Journal Title

      Acta Neurologica Scandinavica

      Volume: 142 Issue: 6 Pages: 623-631

    • DOI

      10.1111/ane.13306

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      Akiba Chihiro、Bandai Hideki、Ito Yoshitaka、Maeda Tsuyoshi、Yamaguchi Keisuke、Nakajima Madoka、Miyajima Masakazu
    • Journal Title

      BMC Neurology

      Volume: 20 Issue: 1 Pages: 151-151

    • DOI

      10.1186/s12883-020-01697-1

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      中島 円
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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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