脳老化を制御するプロテアーゼシステムの解明

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12210019
• Research Institution: The Physical and Chemical Research, RIKEN
• Principal Investigator: 西道 隆臣 独立行政法人理化学研究所, 神経蛋白制御研究チーム, チームリーダー (80205690)
• Keywords: アルツハイマー病 / βアミロイド / ネプリライシン / ソマトスタチン / カルパイン / カルパスタチン / カスパーゼ / 神経変性

Research Abstract

(APPトランスジェニックマウスにおけるAβの作用を選択的に抽出するために、トランスジェニックマウスとAβ分解酵素ネプリライシンノックアウトマウスを交配した。その結果、Aβオリゴマーが顕著に増加し、APPや他のAPP断片の量は不変であった。さらに、APPトランスジェニックマウスは、ネプリライシン活性抑制により、in vivoの神経可塑性が有意に低下した。
ネプリライシンの発現制御機構の検討をおこなったところ、約50種類の神経ペプチドや神経保護因子やサイトカインの中で唯一、ソマトスタチンが初代培養ニューロンにおいてネプリライシン活性を増強することを見いだした。さらに、ソマトスタチンノックアウトを用いて検討を進めたところ、ソマトスタチン欠損は脳内のネプリライシン活性の低下を招き、さらにAβ(特にAβ42)レベルを上昇させることを確認した。これは、ソマトスタチンリセプターアゴニスト、あるいは、ソマトスタチン分泌促進薬が脳内のAβレベルを低下させる作用のあることを示唆する。以上の結果は、薬理学的手法を用いてAβ分解システムを制御することにより、Aβオリゴマーによる神経可塑性低下を抑制することが可能になることを示唆している。
病的状態における神経細胞の機能低下や変性におけるカルパインの役割を解明するためにカルパスタチン-過剰発現トランスジェニックマウスおよびカルパスタチン-ノックアウトマウスを作成した。カルパスタチンノックアウトマウスを、APPトランスジェニックマウスと交配したところ、約4,5ヶ月令という比較的早い時期に、嗅内野において神経細胞体および樹状突起の変性が確認された。また、海馬台におけるリン酸化タウのレベルが顕著に上昇した。アルツハイマー病における神経変性に至る主要制御過程にカルパイン-カルパスタチン系が関与する可能性が示された。

Research Products

• [Journal Article] Novel α-secretase cleavage of Alzheimer's amyloid β precursor protein in the endoplasmic reticulum of CO57 cells (2005)
  • Author(s): Shin RW, Saido TC, Maeda M, Kitamoto T
  • Journal Title: Neurosci.Lett. (in press)
• [Journal Article] Longer forms of amyloid β protein : Implications for the mechanism of intramembrane cleavage by γ-secretase (2005)
  • Author(s): Qi-Takahara Y, Morishima-Kawashima M, Tanimura Y, Dolios G, Hirotani N, Horikoshi Y. Kametani F. Maeda M. Saido TC
  • Journal Title: J.Neurosci. 25 Pages: 436-445
• [Journal Article] Somatostatin regulates brain amyloid β peptide, Aβ_<42>, via modulation of proteolytic degradation Somatostatin regulates brain amyloid β peptide, Aβ_<42>, via modulation of proteolytic degradation (2005)
  • Author(s): Saito T, Iwata N, Tsubuki S, Takaki Y, Takano J, Huang S-H, Suemoto F, Higuchi M, Saido TC
  • Journal Title: Nature Medicine (in press)
• [Journal Article] DNA fragmentation via mitochondrial pathways : evidence from calpastatin-mutant mice (2005)
  • Author(s): Takano J., Tomioka M, Tsubuki T, Higuchi M, Iwata N, Itohara S, Maki M, Sido TC
  • Journal Title: J.Biol.Chem. (in press)
• [Journal Article] Distinct mechanistic roles of calpain and caspase activation in neurodegeneration as revealed in mice over-expressing their specific inhibitors (2005)
  • Author(s): Higuchi M, Tomioka M, Takano J, Shirotani K, Iwata N, Masumoto H, Maki M, Itohara S. Saido TC
  • Journal Title: J.Biol.Chem. (in press)
• [Journal Article] F- and ^1H-MRI detection of amyloid-13 peptide in vivo (2005)
  • Author(s): Higuchi M, Iwata N, Matsuba Y, Sato K, Sasamoto K, Saido TC
  • Journal Title: Nature Neurosci. (in press)
• [Journal Article] Effects of neprilysin chimeric proteins targeted to subcellular compartments on amyloid β peptide clearance in primary neurons (2004)
  • Author(s): Hama E, Shirotani K, Iwata N, Saido TC
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 279 Pages: 30259-30264
• [Journal Article] Fluoro-substituted and ^<13>C-labeled styrylbenzene derivatives for detecting brain amyloid plaques (2004)
  • Author(s): Sato K, Higuchi M, Iwata N, Saido TC, Sasamoto, K
  • Journal Title: Eur.J.Medicinal.Chem. 39 Pages: 573-578
• [Journal Article] Alzheimer's β-secretase cleaves a glycosyltransferase as a physiological substrate (2004)
  • Author(s): Kitazume S, Saido TC, Hashimto Y
  • Journal Title: Glycoconjugate.J. 20 Pages: 59-62
• [Journal Article] Calpain activity in the Amikacin-damaged rat cochlea (2004)
  • Author(s): Ladrech, S, Guitton, M, Saido TC, Lenoir M
  • Journal Title: J.Comp.Neurol. 477 Pages: 149-160
• [Journal Article] Truncated carboxyl-terminal fragments of β-amyloid precursor protein are processed to amyloid β-proteins 40 and 42 (2004)
  • Author(s): Funamoto S.Morishima-Kawashima M, Tanimura Y, Hirotani N, Saido TC, Ihara Y
  • Journal Title: Biochemistry 43 Pages: 13532-13540
• [Journal Article] SH3 domain of spectrin participates in the activation of Rac in specialized calpain-induced integrin signaling complexes (2004)
  • Author(s): Bialkowska K, Saido TC, Fox JEB
  • Journal Title: J.Cell.Science. 118 Pages: 381-395