神経変性疾患におけるアミロイド伝播のメカニズム

• Project/Area Number: 22K20750
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0802:Biomedical structure and function and related fields
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 中川 幸姫 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 特別研究員 (70964782)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: アミロイド / シャペロン / 脱凝集 / 高速原子間力顕微鏡 / クライオ電子顕微鏡

Outline of Research at the Start

神経変性疾患であるパーキンソン病(PD)と多系統萎縮症(MSA)では、αシヌクレインのアミロイドが脳組織に蓄積し、そのアミロイドの構造の違いが疾患の進行に関与している。また、アミロイドはシャペロンにより断片化されることで細胞伝播性を得ると示唆されているが、シャペロンがどのようにしてアミロイドを断片化し伝播構造体を産出するのか、また細胞伝播性を示す構造体の特徴にも不明な点が多い。本研究では、高速原子間力顕微鏡を用いてアミロイドの脱凝集過程のシャペロンの動的な構造変化を明らかにし、クライオ電子顕微鏡を用いてアミロイドが断片化された構造体の解析を行い、アミロイドの細胞伝播性のメカニズムを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、異なる構造を持つαシヌクレインのアミロイドの脱凝集におけるシャペロンの動的構造変化の解明を明らかにすることを目的としている。αシヌクレインの変異は家族性のパーキンソン病に見られ、より重篤な病理を示すと言われている。そのため、変異のあるアミロイド構造がどのように異なるのか原子間力顕微鏡により調べた。その結果、野生型ではアミロイドがロッド状の構造をとるのに対し、変異があるとツイスト状の構造をとり、アミロイドの構造に違いがあることが分かった。現在、これらのアミロイドの構造をクライオ電子顕微鏡で解析し、過去の患者由来のアミロイドと構造が一致しているか調べている。
また、アミロイドはシャペロンにより断片化されることで細胞伝播性を得ると示唆されているが、シャペロンがどのようにアミロイドを断片化しているのか明らかになっていないため、脱凝集が起こる条件を調べた。その結果、セミ変性洗剤-アガロースゲル電気泳動法により、シャペロン群を添加するとアミロイドが低分子量側に移動することを確認した。また、シャペロン群添加によってアミロイドが小さい断片となることを原子間力顕微鏡で確認した。そのため、アミロイドの構造の違いにより脱凝集効率がどのように変わるか調べる予定としている。
次に、高速原子間力顕微鏡を用いてアミロイドの脱凝集のリアルタイムの動的構造変化の観察を行う検討を行った。観察では、マイカ上にアミロイドを固定して、シャペロンを含むバッファーを含むチャンバー内にマイカを置いてカンチレバーを走査させた。その結果、シャペロン添加によってマイカ上に非特異吸着が多く脱凝集が観察できなかった。そのため、現在金沢大学と共同研究を行い、脂質二重膜上へアミロイドを固定して、シャペロンの非特異吸着を押さえて脱凝集を観察する手法を検討している。