脳脊髄損傷後再生における神経回路再編の動態解析－細胞外環境制御とウイルス導入系－

• Project Area: Mechanisms underlying the functional shift of brain neural circuitry for behavioral adaptation
• Project/Area Number: 15H01450
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Aichi Medical University
• Principal Investigator: 武内 恒成 愛知医科大学, 医学部, 教授 (90206946)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2016: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 再生医療 / 神経再生 / 脊髄損傷 / 神経回路 / コンドロイチン硫酸 / 細胞外マトリックス / 遺伝子導入 / 神経回路再編 / 脳損傷

Outline of Annual Research Achievements

脊髄損傷・中枢神経系損傷後修復に向けた研究では、“神経をいかに再生させるか、また機能回復に向けた回路再編をいかに誘導するか”が最大の課題である。我々は細胞外環境のうち神経再生に最大の阻害因子として機能するコンドロイチン硫酸(CS)合成酵素KOマウスが、現在最も良好な再生を示すことを契機に、脊髄損傷後の再生過程での回路シフトを捉えることを目的としてきた。CSを酵素(ChABC)で完全分解する神経再生の報告も多くあるが、酵素があまりに強力であること、生体への安全性に乏しく臨床応用は無理とされる。我々は、再生神経軸索のみを同定できる新しいGAP43分子の新しいリン酸化部位を認識する抗体を作成し（特許取得）、再生時の順行性の回路の再編をトレースできるようになった。我々の遺伝子改変マウスで再生神経を解析すると、神経再生の多くは神経発芽によることが解った。さらに、領域代表の小林らが開発した“逆行性ウイルスベクター”を用いることで、再生神経を逆行性で正しく定量解析できる系を構築した。この逆行性解析からも、再生神経の多くは軸索再伸長ではなく神経発芽であることを証明した、定量的な再生神経の解析を進めることを可能とした。
CSノックアウトマウスでは劇的な回復を認めたが、ヒトなどの治療応用展開を鑑みるにノックアウト技術は用いることが出来ないため、遺伝子ノックダウンなどの手法を様々にマウスにおいて試した。その結果、非常に有効な遺伝子配列を見出し、酵素発現とともにCSの発現レベルも落とすことに成功した。この方法をもって、実際に生体投与応用を進めることで、ChABC投与と同等レベルの脊髄損傷後の生理的回復を認めることが出来た（特許出願中）。この解析をさらに、上記トレーシング定量技術と結びつけて推進することを計画している。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] EMBL(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Sanford Burnham Medical Institute(米国)
• [Journal Article] Extracellular Signals induce Glycoprotein M6a Clustering of Lipid-rafts and associated Signaling Molecules. (2017)
  • Author(s): Honda A, Ito Y, Takahashi-Niki, Matsushita N, Nozumi M, Tabata H, Takeuchi K, Igarashi M
  • Journal Title: J Neurosci. Volume: 37(15) Issue: 15 Pages: 4046-4064
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3319-16.2017
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Chondroitin Sulfate Is Required for Onset and Offset of Critical Period Plasticity in Visual Cortex (2017)
  • Author(s): Hou X, Yoshioka N, Tsukano H, Sakai A, Miyata S, Watanabe Y, Yanagawa Y, Sakimura K, Kitagawa H, Hensch T, Takeuchi T, Igarashi M, and Sugiyama S
  • Journal Title: Scientific rep. Volume: 印刷中
  • Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tanaka H, Yamamoto Y, Kashihara H, Yamazaki Y, Tani K, Fujiyoshi Y, Mineta K, Takeuchi K, Tamura A, Tsukita S. (2016)
  • Author(s): Claudin-21 Has a Paracellular Channel Role at Tight Junctions.
  • Journal Title: Mol Cell Biol. Volume: 4;36(6) Issue: 6 Pages: 954-964
  • DOI: 10.1128/mcb.00758-15
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A newly identified mouse hypothalamic area having bidirectional neural connections with the lateral septum: the perifornical area of the anterior hypothalamus rich in chondroitin sulfate proteoglycans. (2016)
  • Author(s): Horii-Hayashi N, Sasagawa T, Hashimoto T, Kaneko T, Takeuchi K, Nishi M.
  • Journal Title: Eur J Neurosci. Volume: 42(6) Pages: 2322-2334
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Amelioration of neuronal injury by the expressional regulation of the glycosaminoglycan (2015)
  • Author(s): Takeuchi K.
  • Journal Title: Seikagaku. Volume: 87 Pages: 744-748
  • NAID: 40020687439
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 中枢神経・脊髄損傷後再生治療に向けての核酸医薬の可能性 (2017)
  • Author(s): 武内恒成
  • Organizer: 第2回革新的バイオ研究開発シンポジウム（日本核酸医薬学会）
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター（大阪）
  • Year and Date: 2017-01-20
  • Invited
• [Presentation] 神経損傷後回復とその回路トレーシング (2016)
  • Author(s): 武内恒成
  • Organizer: 第39回神経組織培養研究会
  • Place of Presentation: 横浜ランドマークタワー（横浜）
  • Year and Date: 2016-11-26
• [Presentation] 糖鎖発現制御による神経再生・脊髄損傷治療の可能性 (2016)
  • Author(s): 武内恒成、松下夏樹
  • Organizer: 第59回日本神経化学会大会合同年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡）
  • Year and Date: 2016-09-09
  • Invited
• [Presentation] Axonal regeneration after nerve injury induces phosphorylation of GAP-43 (2016)
  • Author(s): Masayasu Okada, Asami Kawasaki, Kosei Takeuchi, Michihiro Igarashi
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川）
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] New trials for the regulation of chondroitin sulfate expression by gene knockdown system to recovery from spinal cord injury (2016)
  • Author(s): K. Takeuchi
  • Organizer: 10th FENS Forum of Neuroscience
  • Place of Presentation: コペンハーゲン（デンマーク）
  • Year and Date: 2016-07-02
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 脊髄損傷再生における回路再編と、回路を診るウイルス発現系 (2016)
  • Author(s): 武内恒成、松下夏樹
  • Organizer: 「第3回「適応回路シフト」領域会議（熱の班会議）・研究戦略ワークショップ
  • Place of Presentation: ホテルリステル猪苗代（福島）
  • Year and Date: 2016-06-30
• [Presentation] リン酸化プロテオミクスで同定された、神経成長関連分子群の責任キナーゼの解析 (2016)
  • Author(s): 河嵜麻実、小林大記、野住素広、玉田 篤、武内恒成、崎村健司、仁科博史、中津 史、
  • Organizer: 第68回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都）
  • Year and Date: 2016-06-15
• [Presentation] Orally active siRNA targeting carbohydrate sulfotransferase 15 alleviates colonic mucosal injury in mice (2016)
  • Author(s): Hiroyuki Yoneyama, Kosei Takeuchi
  • Organizer: DDW 2016 (Digestive Disease Week 2016)
  • Place of Presentation: San Diego USA
  • Year and Date: 2016-05-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] コンドロイチン硫酸合成酵素遺伝子欠損マウスに生じる顎顔面発育異 (2016)
  • Author(s): 依田浩子、森田航、柴田俊一、和田芳野、五十嵐道広、武内恒成
  • Organizer: 第121回 日本解剖学会大会
  • Place of Presentation: ビッグパレットふくしま（福島）
  • Year and Date: 2016-03-28
• [Presentation] リン酸化プロテオミクスで同定された、神経成長関連分子群の責任キナーゼの解析 一般口頭発表 (2015)
  • Author(s): 河嵜麻実、小林大記、岡田正康、野住素広、武内恒成、五十嵐道弘
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会第88回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫）
  • Year and Date: 2015-12-04
• [Presentation] リン酸化プロテオミクスで同定された、神経成長関連分子群の責任キナーゼの解析 ポスター発表 (2015)
  • Author(s): 河嵜麻実、小林大記、岡田正康、野住素広、武内恒成、五十嵐道弘
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会第88回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫）
  • Year and Date: 2015-12-03
• [Presentation] 糖鎖発現制御による中枢神経再生治療とその創薬スクリーニング培養系 (2015)
  • Author(s): 武内恒成、五十嵐道弘、松下夏樹
  • Organizer: 第37回神経組織培養研究会
  • Place of Presentation: 霧島国際ホテル（熊本）
  • Year and Date: 2015-11-08
• [Presentation] Knockdown of glycoprotein M6a in utero delayed the determination of neuronal polarity (2015)
  • Author(s): 霧島国際ホテル（熊本）
  • Organizer: 第58回日本神経化学会大会
  • Place of Presentation: 大宮ソニックシティホール（埼玉）
  • Year and Date: 2015-09-12
• [Presentation] Anti-phosho-GAP-43 pSer96 antibody as a novel molecular marker for axonal growth and regeneration (2015)
  • Author(s): Masayasu Okada, Asami Kawasaki, Kosei Takeuchi, Atsushi Tamada, Fubito Nakatsu, Yukihiko Fujii, Michihiro Igarashi
  • Organizer: 第58回日本神経化学会大会
  • Place of Presentation: 大宮ソニックシティホール（埼玉）
  • Year and Date: 2015-09-12
• [Presentation] JNK-mediated phosphorylation of GAP-43 promotes axonal growth (2015)
  • Author(s): Asami Kawasaki, Daiki Kobayashi, Masayasu Okada, Kosei Takeuchi, Michihiro Igarashi
  • Organizer: 第58回日本神経化学会大会
  • Place of Presentation: 第58回日本神経化学会大会
  • Year and Date: 2015-09-12
• [Presentation] Mice lacking in an enzyme involved in chondroitin sulfate synthesis shows better recovery from spinal cord injury. (2015)
  • Author(s): Kosei Takeuchi
  • Organizer: 25th International Society for Neurochemistry
  • Place of Presentation: ケアンズコンベンションセンター オーストラリア ケアンズ
  • Year and Date: 2015-08-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 糖鎖発現制御による脊髄損傷・中枢神経再生治療の可能性 －バイオマテリアルと創薬展開 － (2015)
  • Author(s): 武内恒成
  • Organizer: 新学術領域研究 ”プラズマ医療科学の創生“＋”統合的神経機能の制御を標的とした糖鎖の作動原理解明“合同公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学 野依記念学術交流館（愛知）
  • Year and Date: 2015-08-05
  • Invited
• [Presentation] In vivo phosphorylation sites of GAP-43, involved axonal growth, is phosphorylated by JNK1 (2015)
  • Author(s): Daiki Kobayashi, Asami Kawasaki, Kosei Takeuchi, Michihiro Igarashi
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター（兵庫）
  • Year and Date: 2015-07-29
• [Presentation] 医学部初年次学生の剽窃に関する現状と意識 (2015)
  • Author(s): 宮本 淳、仙石昌也、山森孝彦、久留友紀子、橋本貴宏、武内恒成、小島貞夫
  • Organizer: 第47回日本医学教育学会大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター（新潟）
  • Year and Date: 2015-07-24
• [Presentation] 神経成長関連蛋白質ＧＡＰ－４３のＪＮＫ依存性リン酸化は軸索伸長を促進する (2015)
  • Author(s): 河嵜麻実、小林大記、武内恒成、五十嵐道弘
  • Organizer: 第67回日本細胞生物学会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京）
  • Year and Date: 2015-07-01
• [Presentation] 細胞外基質グリコサミノグリカン制御および神経細胞接着分枝の人為発現制御による神経組織構築と再編成 ―中枢神経再生と神経極性発生解析― (2015)
  • Author(s): 武内恒成、五十嵐道弘
  • Organizer: 第67回日本細胞生物学会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京）
  • Year and Date: 2015-06-30
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] コンドロイチン硫酸生合成を阻害するアンチセンス核酸 (2017)
  • Inventor(s): 笠原勇也、小比賀聡、武内恒成
  • Industrial Property Rights Holder: 笠原勇也、小比賀聡、武内恒成
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2017-072315
  • Filing Date: 2017-03-31
• [Patent(Industrial Property Rights)] Anti-Gap43 antibody (2016)
  • Inventor(s): 武内恒成
  • Industrial Property Rights Holder: 武内恒成
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2016-01-15
  • Acquisition Date: 2017-01-10
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] 抗ＧＡＰ４３抗体 (2015)
  • Inventor(s): 武内恒成
  • Industrial Property Rights Holder: 武内恒成
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2015-10-19
  • Acquisition Date: 2016-04-25
  • Overseas