細胞外環境制御による脳・脊髄損傷後の再生治療とその機能回路回復

• Project Area: Mechanisms underlying the functional shift of brain neural circuitry for behavioral adaptation
• Project/Area Number: 17H05584
• 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): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2018: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2017: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 神経再生 / 脊髄損傷 / コンドロイチン硫酸 / 逆行性ウイルスベクター / 神経回路 / 神経発生 / 回路シフト / 再生治療 / 神経糖鎖 / プロテオグリカン / 神経科学 / 再生医学 / 移植・再生医療 / 糖鎖 / 細胞・組織

Outline of Annual Research Achievements

中枢神経系における細胞外マトリックス糖鎖発現を中心とした局所の細胞外環境制御によって、損傷神経の生理機能回復を目的として研究を進めてきた。
技術面においては、本学術領域で確立した脊髄回路の再生再編のトレーシング技術を推進している。
A) 糖鎖構造発現に関わる酵素であるChGn1のKOマウスにおける脊髄損傷後修復は、現在知られる損傷回復モデルの中では最も回復が早い。このChGn1酵素はコンドロイチン硫酸（ＣＳ）の合成過程で重要かつ最初期に発現制御に関わる酵素である。CSは、細胞外マトリックスのうち中枢神 再生にとって最大の再生阻害因子として知られている。CSが神経系組織で機能を果たすにあたって重要な存在の場としてペリニューロナルネット（PNN）という構造体に着目している。CSの発現量と局在と、PNNとの相関を中心に、中枢神経再生時の回路再編成との相関を、脊髄回路のトレーシング技術を用いて明らかにしつつある。ChGn1KOマウスとともにこのChGn1に対する遺伝子ノックダウン系を開発し、逆行性ウイルスベクターによる再生回路と、PNNの発現タイミングを可視化した。PNNにはNGFやセマホリンなどの遠位性因子がトラップされることで回路再編を制御していることも解った。
B) PNNの糖鎖構造を維持するための骨格タンパク質であるアグリカンをノックダウンすることで、再生回路との関連を相関を調べた。PNNを骨格構造とともに消去すると、神経再生機能および回路再編のタイミングがずれることが解った。PNNは神経再生時のさまざまなゲート機能を果たしていることが解りつつある。
③ 細胞外環境制御に起因する中枢回路再生と、iPS細胞はじめ再生治療に向けての細胞移植などによる神経自律的回復との違いの解析を進めた。今後の再生医療において、移植等による自律的回復だけではなく、再生環境整備の重要を示しつつある。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] EMBL(ヨーロッパ分子生物学連合)/DZNE(ドイツ神経変性疾患研究所)(ドイツ)
• [Journal Article] Craniofacial abnormality with skeletal dysplasia in mice lacking chondroitin sulfate N-acetylgalactosaminyltransferase-1 (2018)
  • Author(s): Ida-Yonemochi Hiroko、Morita Wataru、Sugiura Nobuo、Kawakami Ryosuke、Morioka Yuki、Takeuchi Yuka、Sato Toshiya、Shibata Shunichi、Watanabe Hideto、Imamura Takeshi、Igarashi Michihiro、Ohshima Hayato、Takeuchi Kosei
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 17134-17134
  • DOI: 10.1038/s41598-018-35412-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Growth cone phosphoproteomics reveals that GAP-43 phosphorylated by JNK is a marker of axon growth and regeneration. (2018)
  • Author(s): Okada M*, Kawasaki A*, Tamada A*, Okuda S, Nozumi M, Ito Y, Kobayashi D, Yamasaki T, Yokoyama R, Shibata T, Nishina H, Yoshida Y, Fujii Y, Takeuchi K, Igarashi M(*These three authorscontributed equally.).
  • Journal Title: ISCIENCE Volume: 4 Pages: 190-203
  • DOI: 10.1016/j.isci.2018.05.019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Abnormalities in perineuronal nets and behavior in mice lacking CSGalNAcT1, a key enzyme in chondroitin sulfate synthesis (2017)
  • Author(s): Yoshioka Nozomu、Miyata Shinji、Tamada Atsushi、Watanabe Yumi、Kawasaki Asami、Kitagawa Hiroshi、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Takeuchi Kosei、Igarashi Michihiro
  • Journal Title: Mol Brain Volume: 10 Issue: 1 Pages: 47-47
  • DOI: 10.1186/s13041-017-0328-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Roles of CSGalNAcT1, a key enzyme in regulation of CS synthesis, in neuronal regeneration and plasticity (2017)
  • Author(s): Igarashi M, Takeuchi K, Sugiyama S.
  • Journal Title: Neurochem Int. Volume: 17 Pages: 0197-0186
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2017.10.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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, Takeuchi K, Kitagawa H, Hensch TK, Shibuki K, Igarashi M, Sugiyama S
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 12646-12646
  • DOI: 10.1038/s41598-017-04007-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lifespan extension by peroxidase and dual oxidase-mediated ROS signaling through pyrroloquinoline quinone in C. elegans. (2017)
  • Author(s): Sasakura H, Moribe H, Nakano M, Ikemoto K, Takeuchi K,
  • Journal Title: J Cell Sci. Volume: 130 Issue: 15 Pages: 2631-2643
  • DOI: 10.1242/jcs.202119
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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
• [Presentation] Regulation of chondroitin sulfate gene in vivo, to recovery from spinal cord injury and brain infarction (2018)
  • Author(s): Kosei Takeuchi
  • Organizer: EFNs meeting(Federation for Europa Neuro Science Meetings)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] In vivo regulation of Chondroitin sulfate gene to recovery from Spinal cord injury and brain infarction. (2018)
  • Author(s): 武内恒成
  • Organizer: 「人工知能と脳科学」「適応回路シフト」合同領域会議
• [Presentation] Lifespan extension and ECM remodeling by dual oxidase-mediated ROS signaling. (2018)
  • Author(s): Hiroyuki Sasakura, Hiroki Moribe, Kazuto Ikemoto, Ikue Mori, Kosei Takeuchi
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会（第51回日本発生生物学会合同大会）
• [Presentation] In vivo regulation of chondroitin sulfate gene to recovery from spinal cord injury and brain infarction (2017)
  • Author(s): Kosei Takeuchi
  • Organizer: ISDN（国際神経発生学会）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 脊髄損傷修復に向けての核酸医薬治療の可能性 (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）
  • 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): 小比賀聡、笠原勇矢、武内恒成
  • Industrial Property Rights Holder: 小比賀聡、笠原勇矢、武内恒成
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2017
  • Acquisition Date: 2019