2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the mechanism for neurodegeneration in prion diseases through neuron-glia cross-talk
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15H02475
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
堀内 基広 北海道大学, 獣医学研究院, 教授 (30219216)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 篤史 北海道大学, 獣医学研究院, 准教授 (50431507)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | プリオン / ミクログリア / アストロサイト / RNA-sequencing / 網羅的遺伝子発現解析 / ERストレス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度中に予定していたアストロサイトとミクログリアの全サンプルのRAN-seqの生データ取得が終了した。アストロサイトで発現が上昇する遺伝子をその変動パターンから4群に分類し、それぞれの群に含まれる遺伝子の転写調節因子を予測したところ、神経保護的なミクログリアで亢進が報告されているSTAT3経路と神経傷害的なアストロサイトで亢進が報告されているNFk-b経路の両方が活性化していることが明らかとなった。STAT3が調節する遺伝子のうち、神経保護的な作用を有することが報告されている遺伝子、Thbs1, Bcl3, Timp1, Serpina3nの発現が病気の進行とともに上昇していたことから、アストロサイトは神経保護的な機能を発揮し続ける可能性が示唆された。また、ミクログリアで発現上昇が認めらた分子の中で、細胞外に放出される因子群を絞り込み（セクレトーム）、そのうちアストロサイトのSTAT3経路を活性化させる可能性のある因子をIngenuity Pathway Analysis （IPA） により解析したところ、ミクログリアが産生するIL6ファミリーのOsmが、アストロサイトのOsmレセプターを介してSTAT3経路を活性化させて、神経保護的な活性化状態にシフトさせるという、ミクログリア-アストロサイトのクロストークの一端が示唆された。
プリオンChandler株およびObihiro株感染マウスでは、視床背外側の神経細胞が選択的に消失することを見出したことから、その微小領域を実態顕微鏡下で回収してRNA-seqを行った。RNA-seqのデータから、主にミクログリア、アストロサイト、オリゴデンドロサイト、血管内皮で発現する遺伝子を除去し、主に神経細胞で発現する遺伝子を絞り込んで解析した結果、視床背外側の神経細胞では、ERストレスが生じていることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
予定していたRNA-Seqの完全セットを取得して、Strand-NGSを用いた遺伝子発現変動を指標とした解析、およびIngenuity Pathway Analysisを用いて、細胞膜上のレセプター群を対象としたSensome解析、および分泌タンパク質を対象としたsecretome解析などの，バイオインフォマティクス解析を行い、ミクログリアおよびアストロサイトそれぞれに、特徴的な傾向を見出した。本年度の顕著な進捗の一つは、プリオン感染マウスの脳で神経細胞の脱落が生じる場所を同定し、その微小領域のRNA-seqを行い、我々が収集したミクログリア、アストロサイトのRNA-seqの結果および、他の研究者が報告しているオリゴデンドロサイトと血管内皮細胞のRNA-seqのデータを用いて、主に神経細胞で発現する遺伝子群を抽出することが出来たこと、さらに解析により、視床背外側の神経細胞で、ATF3-Chop-Chac1経路の活性化が認められたことである。この結果は、プリオン感染マウスの神経細胞では、部位特異的にERストレスが生じていることを示す結果である。
以上のことから、研究はおおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、プリオン感染初代神経細胞のRNA-seqのデータを取得中であり、この結果と視床背外側のRNA-seqの結果を比較予定である。これまで、プリオン感染初代神経細胞では、顕著に神経変性を示唆する兆候は観察されていない．仮に、プリオン感染初代神経細胞でATF3-Chop-Chac1経路が活性化していなければ、プリオン病の神経変性には、プリオンの感染に加えて外的要因によりERストレスが生じることを証明できる。即ち、プリオンが感染した神経細胞と活性化したグリア細胞の双方が、プリオン病の神経変性機構に関与することが明らかとなるので、非常にインパクトのある成果が得られることが期待される。
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