2015 Fiscal Year Annual Research Report
新規モデルマウスを用いた孤発性ＡＬＳ病態解明と新規治療薬の探索
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15J04805
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
杉山 香織 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | グルタミン酸興奮毒性 / 神経変性疾患 / グルタミン酸輸送体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
筋萎縮性側索硬化症(ALS)の創薬研究には家族性原因遺伝子を導入したトランスジェニック動物の使用が主流であるが、遺伝的背景を保つ家族性ALSは10％程度であり、90％は孤発性に発症する。孤発性ALSの病態を探るにあたり孤発性ALS患者で発現減少が報告されているグルタミン酸輸送体GLT1を脊髄特異的に欠損させた(GLT1-cKO)。その結果、GLT1-cKOは下肢麻痺を伴う運動障害と運動ニューロンの細胞死といったALSの病態進行によく似た表現型を呈した。27年度は、新規孤発性ALSモデルとなるGLT1-cKOが呈する運動神経細胞死の機序の解明に取り組んだ。
グルタミン酸輸送体の減少は細胞外グルタミン酸濃度を上昇させることで後シナプスのグルタミン酸受容体の過剰活性化を介して細胞死を誘導することが予想される。グルタミン酸受容体にはいくつかのサブタイプが存在する。細胞死に関わる受容体のサブタイプの同定は、受容体活性化後の細胞死へのシグナルを考えるうえで重要である。薬理学的な解析の結果、既存の抗てんかん薬であるAMPA型受容体の阻害剤ペランパネルの投与によりGLT1-cKOの運動障害の進行と運動ニューロンの細胞死が有意に抑制され、GLT1-cKOの細胞死にAMPA型受容体の過剰活性化が関わることが示唆された。
今年度の研究により、孤発性ALS患者で見られる脊髄でのグルタミン酸輸送体の減少が引き起こす細胞死の機序を解明し、治療薬候補となりうる化合物を見出した。本化合物は既に抗てんかん薬としてFDAからも認可された薬剤であり、ドラッグリポジショニングが期待できる。この成果を第10回研究所ネットワークシンポジウム、第38回日本分子生物学会年会でポスター発表を行なった。口頭発表を行なった第８回東京医科歯科大学脳統合機能研究センター若手インスパイアシンポジウムでは優秀発表者賞を受賞した。
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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
これまでに樹立した新規孤発性ALSモデルマウスである脊髄グルタミン酸輸送体欠損マウスGLT1-cKOの細胞死の機序の解明に取り組んだ。グルタミン酸輸送体の減少は細胞外グルタミン酸濃度を上昇させ、後シナプスのグルタミン酸受容体を過剰に活性化させることで細胞死を誘導することが予想される。グルタミン酸受容体にはいくつかのサブタイプが存在し、細胞死に関わるグルタミン酸受容体を同定することは、既存治療薬のリポジショニングや細胞死への下流のカスケードを考える上で非常に重要である。今年度はGLT1-cKOの病態の継時的な変化をより詳細に追求し、GLT1-cKOで病態関連分子の変動や細胞死が起こる時期を同定した。この結果を基に、薬理学的な解析を進めた結果、AMPA型グルタミン酸受容体の過剰活性化がGLT1-cKOの細胞死の上流にあることを見出した。今回、薬剤投与の時期や処置方法を最適化することができたので、今後はその他の化合物の投与にも適用し、病態に関わる現象のスクリーニングを行うことを予定している。
これまでの成果は、研究所国際ネットワークシンポジウム、日本神経科学大会、日本分子生物学大会、東京医科歯科大学脳統合機能研究センター若手シンポジウムで発表した。特に、東京医科歯科大学脳統合機能研究センター若手シンポジウムでは研究成果が高く評価され、優秀発表賞を受賞した。現在は、論文投稿に向けた準備も進めており、研究はおおむね順調に進展していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究からGLT1-cKOの細胞死に関わるグルタミン酸受容体を同定し、その下流の分子機構の一端を明らかにした。この結果を受けて、今後はこれまでに得られた病態関連分子をターゲットにした新たな治療法の検討を行う。また、ALSでの運動神経細胞死には非神経細胞(グリア細胞)の寄与が大きいことが近年注目を集めている。そこで、グリア細胞がcKOの運動神経細胞死に影響を与えうるかどうかも検討する。
１、病態関連分子の機能評価を行うためのin vitroの実験系を確立する。脊髄スライスにグルタミン酸輸送体阻害剤を添加し、同定した病態関連分子の発現変動や局在変化をより詳細に解析する。また、初代培養細胞系を用いて病態関連分子の変異体の強制発現やゲノム編集技術CRISPR/Cas9によるノックアウトを行い、病態関連分子の機能を評価する。
２、機能評価した病態関連分子に対する治療有効性を個体レベルで検討する。細胞死が始まる3週間前にマウス個体に静脈注射により高効率で脊髄に移行するアデノ随伴ベクターを用い、病態関連分子の強制発現もしくはCRISPR/Cas9系を用いたノックアウトを行う。
３、中枢神経系の免疫を担うミクログリアが病態に与える影響を解析する。運動障害が起こる前からミクログリアを抑制・活性化する化合物を投与し、ミクログリアの消失・活性化が病態の進行にどのように影響するか検討する。
これまでに得られた成果を原著論文にまとめ、学術誌に投稿する準備を進めている。
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