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Acetylcholine-dependent signal transduction in Alzheimer's disease pathology

Research Project

Project/Area Number 23K06173
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 47040:Pharmacology-related
Research InstitutionFujita Health University

Principal Investigator

山橋 幸恵  藤田医科大学, 医科学研究センター, 助教 (00793481)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords学習・記憶障害 / ムスカリン受容体M1R / Rac1 / PAKキナーゼ / アセチルコリン / アルツハイマー病 / シグナル伝達 / 低分子量G蛋白Rac1
Outline of Research at the Start

本研究では、ドネペジルを用いたAChのシグナル解析を基に、ADの分子病態、学習・記憶障害、神経細胞死とAChシグナルの関連メカニズムを解明することを目的としている。2023年度には、脳領域におけるドネペジルの細胞内シグナル伝達解析を行う。2024年度には、AD患者由来iPS細胞を用いてin vitro レベルでの病態解析を行う。2025年度には、AD疾患モデルマウスを用いてin vivo レベルでの病態解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

アセチルコリン(ACh)は、学習・記憶に重要であることが知られている。しかし、そのシグナル伝達機構については、ムスカリン性ACh受容体M1Rの重要性は認識されているが、下流の経路は不明であった。最近、AChが側坐核においてM1R-PKC-Rac1-PAK経路を活性化し、忌避行動学習を亢進することを明らかにした。動物実験において学習・記憶障害の治療薬の評価対象に忌避行動学習が使われている。同定したACh-M1R-PKC-Rac1-PAK経路が認知症に見られる学習・記憶障害の新治療戦略の創出に繋がることが示唆される。本研究では、Rac1シグナルの学習・記憶障害の治療標的としての可能性を明らかにして、認知機能障害の治療薬の創薬基盤を確立することを目的とする。本年度は、1)AChが放出される脳領域におけるRac1シグナルの解析、2)認知機能におけるRac1シグナルの評価に取り組み、以下の研究結果を得た。
1)AChが放出される脳領域におけるRac1シグナルの解析:ex vivo海馬スライスをM1R特異的作動薬で刺激し、Rac1-PAKシグナルが活性化されることをイムノブロット法により明らかにした。また、野生型マウスへの嫌悪刺激(電気フットショック)が海馬のCA1領域及び前頭前皮質の前辺縁皮質においてRac1-PAKシグナルが亢進し、この亢進はM1R特異的作動薬の投与により増幅することを組織免疫染色法により明らかにした。
2)認知機能におけるRac1シグナルの評価:70種類あるRho-GAPの内、BCRがRac1に対して特異性が高く、効率性の良い不活性化因子Rac1-GAPであることを見出した。野生型成体マウスを用いて、miRNAによるBCRの欠損による側坐核におけるRac1の活性化が忌避行動学習を亢進することを見出した (Wang et al., IJMS, 2023)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通り、Rac1シグナルの学習・記憶障害の治療標的としての可能性を明らかにすることを目標にして、AChが放出される脳領域におけるRac1シグナルの解析をした。AChが線条体・側坐核のみならず、海馬及び前頭前皮質においても上記のM1R-Rac1-PAK経路を活性化することを明らかにした。また、野生型成体マウスを用いて、miRNAによるRac1GAP (Rac1不活性化因子) BCRの欠損による側坐核におけるRac1の活性化が忌避行動学習を亢進することを明らかにした。
以上、認知機能障害の治療標的としてのRac1の可能性を示唆する知見を得つつある。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、以下の項目について、解析を行う予定である。
1)AChが放出される脳領域におけるRac1シグナルの解析:本年度に引き続き、AChの放出される海馬や前頭前皮質などの脳領域におけるM1R特定的作動薬の細胞内シグナル伝達解析を行う。これを基に、認知症に見られる学習・記憶障害の改善に有効な脳部位を特定する。具体的には、野生型マウスやアルツハイマー病(AD)疾患モデルマウスにM1R特定的作動薬を投与し、海馬や前頭前皮質などにおいてM1R-PKC-Rac1-PAK経路が活性化されるのかをイムノブロット法及び組織免疫染色法により検証する。
2)認知機能におけるRac1シグナルの評価:海馬及び前頭前皮質でのRac1シグナルが認知記憶、連合学習、情動記憶を制御するのかを検証する。そのために、不活性型Rac1変異体、活性型Rac1変異体、BCR Rac1GAPドメイン、BCR miRNAなどを発現するAAVを野生型マウスの海馬及び前頭前皮質に導入し、新奇物体認識試験、文脈恐怖条件付け試験、Y-迷路実験、受動回避試験を行う。次に、海馬及び前頭前皮質におけるM1RやRac1の活性化がAD疾患モデルマウスの学習・記憶障害を改善するかを検証する。このため、海馬や前頭前皮質にGq-DREADD、活性型Rac変異体、BCR miRNAなどを発現するAAVを導入し、新奇物体認識試験、文脈恐怖条件付け試験、Y-迷路実験、受動回避試験を行う。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2024 2023

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] 忌避行動学習におけるアセチルコリンの神経細胞内シグナル伝達機構2024

    • Author(s)
      山橋幸恵, 貝淵弘三
    • Journal Title

      BioClinica

      Volume: 39 Pages: 52-55

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Neuroproteomic mapping of kinases and their substrates downstream of acetylcholine: finding and implications2023

    • Author(s)
      Yamahashi Y, Tsuboi D, Funahashi Y, Kaibuchi K.
    • Journal Title

      Expert Rev Proteomics

      Volume: 20 Issue: 11 Pages: 291-298

    • DOI

      10.1080/14789450.2023.2265067

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The Evaluation of Rac1 Signaling as a Potential Therapeutic Target of Alzheimer’s Disease2023

    • Author(s)
      Wang Huanhuan、Yamahashi Yukie、Riedl Marcel、Amano Mutsuki、Kaibuchi Kozo
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Issue: 15 Pages: 11880-11880

    • DOI

      10.3390/ijms241511880

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Acetylcholine-dependent Signal Transduction Leading to Aversive Learning2023

    • Author(s)
      山橋 幸恵
    • Organizer
      Fujita International Symposium on Brain Science 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 忌避行動学習におけるアセチルコリンの細胞内シグナル伝達機構2023

    • Author(s)
      山橋 幸恵
    • Organizer
      第64回日本神経病理学会総会学術研究会/第66回日本神経化学会大会 合同大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Phosphoproteomic of acetylcholine-PKC signaling in the brain: a platform for developing Alzheimer’s disease therapeutic strategies2023

    • Author(s)
      Yukie Yamahashi
    • Organizer
      FASEB
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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