ダウン症候群iPS細胞を用いたアルツハイマー病初期病態の解明

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H04667
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 櫻井 隆 順天堂大学, 医学部, 教授 (70225845)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 貫名 信行 同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (10134595)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 脳神経疾患 / アルツハイマー病

Outline of Annual Research Achievements

アミロイド前駆体蛋白質 (APP)のエンドソームにおける輸送障害がアルツハイマー病の最初期変化としてβアミロイドとは独立した細胞毒性を発揮することが示されている。これがβアミロイド産生増加をもたらし、病態が進行する可能性がある。我々が見出したAPPの細胞内輸送・代謝制御タンパク質候補の病態への関与を明らかにするため、アルツハイマー病の初期と共通の変化を示すとされるダウン症候群のiPS細胞由来神経細胞、培養海馬スライスの病態モデル等を用いて解析を行う。
我々が見出したタンパク質がAPP細胞内輸送障害を引き起こすメカニズムを明らかにするため、培養株化細胞を用いて解析を行い、エンドソーム輸送障害につながる重要な知見を得た。神経細胞においては、APPは主に軸索輸送され、シナプス前部におけるエンドサイトーシス後にβ切断を受ける。神経細胞におけるAPP代謝・輸送解析のため、先行して進めてきた海馬スライスおよび神経細胞分散培養を利用した解析をさらに進めた。初代培養神経細胞において細胞表面に露出したAPPを抗体により蛍光標識し、エンドサイトーシスを可視化する実験系を確立し、この過程に影響する因子の解析を行った。培養海馬スライスにおいてβアミロイド増加に伴う輸送障害を再現するモデル系を確立し、我々が見出したタンパク質の細胞内分布を解析した。細胞内輸送障害に伴い、APPとともに蓄積することが示された。また、APPのη切断との関連を明らかにするため、切断端認識抗体を利用してAPPη断片を細胞表面において検出し、エンドサイトーシスとβ切断との関連について解析を進めた。
iPS細胞から直接誘導した神経細胞を用いたモデル系において、輸送障害についての解析法を確立できたことから、今後iPS細胞由来神経細胞等のモデルを用いてエンドソーム障害の機序と候補タンパク質の関連機序の解明を進めていく予定である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Insights into channel modulation mechanism of RYR1 mutants using Ca2+ imaging and molecular dynamics. (2020)
  • Author(s): Yamazawa T, Ogawa H, Murayama T, Yamaguchi M, Oyamada H, Suzuki J, Kurebayashi N, Kanemaru K, Oguchi K, Sakurai T, Iino M.
  • Journal Title: J Gen Physiol Volume: 152 Pages: e201812235
  • DOI: 10.1085/jgp.201812235
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] G protein-coupled glutamate and GABA receptors form complexes and mutually modulate their signals. (2020)
  • Author(s): Sakairi H, Kamikubo Y, Abe M, Ikeda K, Ichiki A, Tabata T, Kano M, Sakurai T.
  • Journal Title: ACS Chem Neurosci Volume: 11 Pages: 567-578
  • DOI: 10.1021/acschemneuro.9b00599
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cerebellar neurodegeneration and neuronal circuit remodeling in Golgi pH regulator-deficient mice. (2019)
  • Author(s): Sou Y-S, Kakuta S, Kamikubo Y, Niisato K, Sakurai T, Parajuli LK, Tanida I, Saito H, Suzuki N, Sakimura K. Maeda Y, Kinoshita T, Uchiyama Y, Koike M.
  • Journal Title: eNeuro Volume: 6 Pages: e0427-18
  • DOI: 10.1523/ENEURO.0427-18.2019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A novel strategy for treatment of cancer cachexia targeting xanthine oxidase in the brain. (2019)
  • Author(s): Uzu M, Nonaka M, Miyano K, Sato H, Kurebayashi N, Yanagihara K, Sakurai T, Hisaka A, Uezono Y.
  • Journal Title: J Pharmacol Sci Volume: 140 Pages: 109-112
  • DOI: 10.1016/j.jphs.2019.04.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural development of a type-1 ryanodine receptor (RyR1) Ca2+-release channel inhibitor guided by endoplasmic reticulum Ca2+ assay. (2019)
  • Author(s): Mori S, Iinuma H, Manaka N, Ishigami-Yuasa M, Murayama T, Nishijima Y, Sakurai A, Arai R, Kurebayashi N, Sakurai T, Kagechika H
  • Journal Title: Eur J Med Chem Volume: 179 Pages: 837-848
  • DOI: 10.1016/j.ejmech.2019.06.076
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Characterization of novel RyR1-selective inhibitors identified by high-throughput screening using ER Ca2+ measurement (2020)
  • Author(s): Matsukawa H, Murayama T, Kobayashi T, Kurebayashi N, Yamazawa T, Ishigami-Yuasa M, Mori S, Kagechika H, Sakurai T
  • Organizer: 64th Annual Meeting of the Biophysical Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Improvements of ER-Ca2+ based high-throughput screening method for searching novel RYR2 inhibitors (2020)
  • Author(s): Ito M, Kurebayashi N, Murayama T, Tamura M, Suzuki J, Kanemaru K, Iino M, Sakurai T
  • Organizer: 64th Annual Meeting of the Biophysical Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of RYR2 inhibitors on Ca2+ signals in healthy and diseased cardiac cells (2020)
  • Author(s): Kurebayashi N, Murayama T, Konishi M, Mori S, Ishigami-Yuasa M, Kagechika H, Ogawa H, Morimoto S, Sakurai T
  • Organizer: 64th Annual Meeting of the Biophysical Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ナノ粒子による酸化ストレスの誘導と神経細胞死 (2020)
  • Author(s): 上窪 裕二, 橋本 祥江, 井上 由理子, 坂入 伯駿, 櫻井 隆
  • Organizer: 第93回日本薬理学会年会（誌上開催）
• [Presentation] 1型代謝型グルタミン酸受容体とGABAB受容体の細胞膜上における複合体形成と相互機能調節 (2020)
  • Author(s): 坂入 伯駿, 上窪 裕二, 田端 俊英, 櫻井 隆
  • Organizer: 第93回日本薬理学会年会（誌上開催）
• [Presentation] 新規RyR1抑制薬の悪性高熱症モデルマウスに対する効果 (2020)
  • Author(s): 村山 尚, 山澤 徳志子, 小林 琢也, 呉林 なごみ, 野口 悟, 西野 一三, 森 修一, 影近 弘之, Lopez JR, Allen PD, 櫻井 隆
  • Organizer: 第93回日本薬理学会年会（誌上開催）
• [Presentation] Cytotoxicity of nanomaterials and neuronal cell death (2020)
  • Author(s): 上窪 裕二, 橋本 祥江, 櫻井 隆
  • Organizer: 第97回日本生理学会大会（誌上開催）
• [Presentation] トランスサイトーシスを介したTrkAシグナル複合体の軸索への局在化 (2019)
  • Author(s): 山下 直也, 櫻井 隆
  • Organizer: NEURO2019
• [Presentation] ナノマテリアルによる酸化ストレスと神経細胞死 (2019)
  • Author(s): 上窪 裕二, 山名 智人, 井上 由理子, 橋本 祥江, 櫻井 隆
  • Organizer: NEURO2019
• [Presentation] 代謝型グルタミン酸受容体1型とGABAB受容体の複合体形成と機能的相互作用 (2019)
  • Author(s): 坂入 伯駿, 上窪 裕二, 阿部 匡良, 池田 圭祐, 一木 新, 田端 俊英, 櫻井 隆
  • Organizer: NEURO2019
• [Presentation] 悪性高熱症モデルマウスを用いた新規RyR1阻害薬の治療効果の検討 (2019)
  • Author(s): 村山 尚, 山澤 徳志子, 小林 琢也, 呉林 なごみ, 野口 悟, 井上 高良, 井上 由紀子, 森 修一, 飯沼 大翔, 間中 紀暁, 湯浅 磨里, 影近 弘之, 西野 一三, 櫻井 隆
  • Organizer: 第5回日本筋学会学術集会
• [Presentation] 小胞体Ca2+濃度測定による新規1型リアノジン受容体阻害剤の探索 (2019)
  • Author(s): 松川 紘之, 村山 尚, 小林 琢也, 呉林 なごみ, 湯浅 磨里, 森 修一, 影近 弘之, 櫻井 隆
  • Organizer: 第5回日本筋学会学術集会
• [Presentation] 小胞体Ca2+濃度測定法を用いた新規1型リアノジン受容体阻害剤の探索 (2019)
  • Author(s): 松川 紘之, 村山 尚, 小林 琢也, 呉林 なごみ, 湯浅 磨里, 森 修一, 影近 弘之, 櫻井 隆
  • Organizer: 第141日本薬理学会関東部会（誌上開催）
• [Remarks] 膜マイクロドメイン依存性βアミロイド産生調節メカニズムの解明
  • URL: http://pharmacology.sakura.ne.jp/jp/research/microdomain_res/microdomain_res.html
• [Remarks] 軸索輸送による神経細胞内の情報伝搬機構とその神経変性疾患への関与
  • URL: http://pharmacology.sakura.ne.jp/jp/research/transcytosis_res/transcytosis_res.html