ペルオキシソーム形成障害および形態形成異常が及ぼす中枢神経系障害の分子機構解明
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22K06912
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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 49010:Pathological biochemistry-related
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| Research Institution | Sojo University |
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Principal Investigator |
阿部 雄一 崇城大学, 生物生命学部, 准教授 (00529092)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | ペルオキシソーム / Pex16 / 分裂障害 / メタボローム / 中枢神経 / 分裂異常 |
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| Outline of Research at the Start |
細胞内小器官・ペルオキシソームの形成障害およびその形態形成障害は脳中枢神経系障害を導くが、その病態発症機構は未解明であった。本研究では、研究代表者らが最近明らかにした脳由来神経栄養因子・BDNFおよびその受容体・TrkBの発現異常を介したシグナル伝達障害の詳細な解析により、ペルオキシソーム形成異常症における中枢神経系形態異常の分子機構を解明する。さらに、ペルオキシソームの分裂制御に関わる因子の欠損細胞における代謝異常を明らかにし、その病態発症との関連性を示す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞内小器官の一つであるペルオキシソームでは、エーテル型リン脂質の合成や極長鎖脂肪酸の分解などさまざまな代謝反応が行われている。ペルオキシソーム形成異常症の患者では脳中枢神経系に障害を呈し、重篤な場合は生後数週間で死に至る。ペルオキシソーム機能欠損による脳中枢神経系形成障害の詳細な発症機構はほとんど解明されていない。さらに、ペルオキシソームの分裂制御に関わる因子の欠損も中枢神経系障害を呈することから、そのペルオキシソームの形態制御が発生に必須であるといえる。
我々はペルオキシソーム形態異常を示す細胞では何らかの代謝異常が誘発され、それが脳中枢神経系異常を導くと推察した。そこで、ペルオキシソーム分裂にかかわるdynamin-like protein 1 (DLP1/DRP1)、PEX11βおよびnucleoside diphosphate kinase 3 (NME3)欠損患者由来細胞におけるリン脂質をLC-MS/MSを用いたリピドーム解析を行った。その結果、ドコサヘキサエン酸を含有するリン脂質が各患者細胞において有意に減少していることを見出した（J. Inherit. Metab. Dis. (2023), 46, 273-285）。本研究成果はペルオキシソーム形態異常が及ぼすリン脂質代謝への影響を示した新たな知見といえる。
ペルオキシソーム欠損マウスにおける小脳形態異常の原因として、脳由来神経栄養因子(BDNF)およびその受容体TrkB-T1の発現異常が原因であることが明らかとなっている。これら因子の発現異常の分子機構を明らかにするために神経系培養細胞においてペルオキシソーム形成因子のノックアウトを行い、ペルオキシソーム欠損株の作成に成功した。
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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
ペルオキシソーム形態異常細胞において、メタボローム解析により脂質代謝異常が認められた。この代謝異常が細胞の機能に影響を与え、病態発症に関与している可能性が考えられる。今回の成果は病態発症機構解明の上で重要な知見であり、今後の細胞機能障害との関連性に関する解析において基礎となるデータである。
ペルオキシソーム欠損マウスにおける小脳形態異常の病態発症機構に関して、BDNFおよびTrkB-T1の発現異常の分子機構解明は喫緊の研究課題といえる。しかしながら、生体を用いた遺伝子発現機構の解析は困難であることから、培養細胞系での解析法の確立が重要であると考えた。今回、CRISPR/Cas9システムにより神経系培養細胞においてペルオキシソーム欠損細胞の樹立に成功した。さらに、サイトゾル局在性カタラーゼの影響を解析するTet-On発現誘導系はほぼ確立しており、今後の研究の進展が期待できる。
以上のことから、ペルオキシソーム欠損による中枢神経系異常の病態発症機構解明を目的とした本研究課題はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ペルオキシソーム欠損による小脳形態異常の原因である、BDNFおよびTrkB-T1の発現異常の分子メカニズム解明の研究を推進する。昨年度、CRISPR/Cas9システムによりペルオキシソーム欠損神経系細胞を作成してきたが、トランスフェクション効率が悪いため、ペルオキシソーム欠損細胞のクローニングに苦労をした。以前の報告で、ペルオキシソーム欠損細胞は野生型細胞に比べて過酸化水素に耐性を示すことが報告されている。そこで、過酸化水素によるセレクションを行うことで、ペルオキシソーム欠損細胞の効率的な樹立方法を確立する。
昨年度までに、１種類の神経系培養細胞のペルオキシソーム欠損細胞の樹立に成功している。この細胞を用いてBDNFのプロモーター領域を用いたルシフェラーゼレポーターアッセイ系を確立し、発現調節にかかわる転写因子のプロモーター領域を特定する。また、この細胞におけるBDNF受容体TrkBの活性化型（TrkB-TK＋）および不活性型（TrkB-T1）の発現解析を行う。
BDNF以外にもペルオキシソーム欠損を原因とするサイトゾル還元化により何らかの遺伝子の発現変化が生じている可能性が考えられる。サイトゾル局在性カタラーゼのTet-On発現誘導系を確立し、ドキシサイクリン添加による細胞質の還元化を誘導する。ドキシサイクリンの有無により発現変化が認められる遺伝子をRNAseqにより同定する。
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Alterations in ether lipid metabolism and the consequences for the mouse lipidome2023
Author(s)
Lackner Katharina、Sailer Sabrina、van Klinken Jan-Bert、Wever Eric、Pras-Raves Mia L.、Dane Adrie D.、Honsho Masanori、Abe Yuichi、Keller Markus A.、Golderer Georg、Werner-Felmayer Gabriele、Fujiki Yukio、Vaz Fr?d?ric M.、Werner Ernst R.、Watschinger Katrin
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Journal Title
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids
Volume: 1868
Issue: 4
Pages: 159285-159285
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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