In vivoスクリーニングシステムを用いたタウ蓄積阻害剤探索

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K07050
• Research Institution: Gakushuin University
• Principal Investigator: 吉池 裕二 学習院大学, 理学部, 研究員 (90415331)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 神経原線維変化 / タンパク質変性 / タウオパチー / ショウジョウバエ / アミロイド / アルツハイマー病

Outline of Annual Research Achievements

タンパク質は生体システムを機能させるために生成する。その正常な機能は各々に組み込まれた配列にもとづいて折りたたまれ、発揮される。体内からはしばし配列に依存せず、しかし一定の規則性を持った構造状態にあるタンパク質が見つかる。いわゆるアミロイドと称されるこの構造体はとりわけ疾患の関連部位からみつかり、細胞の死ととなり合わせであることから、アミロイド化のプロセスを解明することは疾患の発症機序を解明し、その克服に寄与するものと考えられる。
タウタンパク質は通常、細胞内の微小管に結合し、その安定性の管理を担っているが、アルツハイマー病をはじめとする神経変性疾患ではアミロイド化し神経原線維変化として細胞内に蓄積する。その蓄積の度合いは認知機能の低下とよく相関することが知られているため、タウの凝集・蓄積がどのように生体機能に異常を生じるかを解明し、その機構を阻害するような物質がこの一連のタウオパチーと呼ばれる疾患の克服につながるのではないかと考えられる。
これまでにタウ蓄積阻害、機能改善物質の探索システムをショウジョウバエモデルを用いて構築した。そのシステムにより有効性・安全性を見込める物質を探索することを本研究の目標としている。そのシステムの利点は生体であり、それゆえに老化現象を内包していることにある。タウオパチーのすべては老化に伴った疾患であることからこのシステムにおいて老化にともないタウの蓄積、そして機能異常がどのように生じるのか検証した。
ショウジョウバエモデルではヒトにみられるような尋常でない不溶性を獲得したタウは認められないが、老化にともなって不溶の性質を確実に獲得し、それに関連した行動の異常が起こることを見出した。生体内での老化に伴うタウの凝集・蓄積・不溶化から機能異常のメカニズムを調べることでその阻害、すなわち治療標的となるポイントを絞り込めるのではないかと考えている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

タウの蓄積を阻害する物質を生体モデルを用いて探索し治療薬の候補を見つけ出す。このことを本研究の目的として計画を立てた。そのシステム自体は研究拠点の変更にも関わらず構築することができた。ただタウタンパク質の変性から機能異常へと至る過程のどのポイントを薬剤の標的とするか明確にすることが治療薬として開発をするためには必須であると考えるに至り、用いているショウジョウバエのモデルシステム内で老化に伴ってどのような変化がタウに生じ、そして生体システムにどのような変化が起こるのかを解析することとした。
タウタンパク質という一つのタンパク質であってもその研究には歴史がある。そこでまずタウ研究のはじめ、特に神経原線維変化の主成分タンパク質として同定されるに至った激しい研究競争の歴史について文献に学ぶことから始めた。
一人のアルツハイマー病患者の死後脳から神経原線維変化の病理所見をアルツハイマー博士が得てからおよそ100年後、その主成分タンパク質の正体がタウであることが当時の最先端技術をもって同定された。その根本原理は通常生体内で水に溶けた状態で発揮されるべき機能の消失をともなう、タンパク質の変性、すなわち凝集と不溶化である。この老化にともなう凝集・不溶化の原理を生体内で知ることがポイントであると考えた。
本研究で用いているショウジョウバエモデルでも老化によってタウの不溶化が起こるのか検証した。タウの凝集・不溶化を評価する方法はタウの同定の際に使用された生化学的手法を用いた。ウェスタンブロット法はタンパク質の分子量にもとづく移動度の差異を利用した解析方法である。完全に凝集したタンパク質は分子量が大きくゲルに入らないが、凝集過程にあるものはバンドではなくスメア状になる。老齢のショウジョウバエモデル頭部から若齢では見られないスメア状のタウを検出した。このように研究の起点を見出すべく計画を変更した。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究から老齢のヒトタウ発現ショウジョウバエから若齢では見られない生化学的な特徴、すなわちウェスタンブロット解析の結果スメア状のタウを検出した。このブロット上のスメアは凝集過程にあるタンパク質がもたらす現象であると考えられているが、ある一定の分子量を持つタンパク質が凝集した場合、全くのスメアではなくはしご状、ラダーとなってもよいはずである。なぜラダー状ではなくスメア状の反応性を示すのか考えなければならない。
これまでタウの研究はそれが神経原線維変化の主成分であることの同定から後、多くの翻訳後修飾の解析が主流であった。リン酸化、グリコシル化、ユビキチン化、アセチル化など様々な修飾を受けることが知られている。その一つに部分的な切断、つまり分解も知られており、その場合は全長の4R2Nヒトタウよりも小さな分子量の反応が見られることになる。そういった修飾がショウジョウバエモデルでも生じているかどうかを解析する。
一方、生体内とはいえショウジョウバエでヒトの疾患に伴う修飾を確認したところでタンパク質の変性に始まる凝集・蓄積・不溶化の本質は別のところにある可能性がある。タウをはじめとしたアミロイド化するタンパク質はすなわち線維状の凝集体となる。この線維内の構造の詳細はいまだに明確となっていないが、配列に依存せず形態状大きな違いがないことを考えると、根幹はアミノ酸主鎖同士の会合と考えられる。ショウジョウバエモデルで線維状のタウ凝集体が観られるかどうかという観察研究と並行して主鎖同士の会合に関与するであろう分子間相互作用を推測し、一旦出来上がった凝集の分解が可能かどうか、少なくとも神経原線維変化ほどの塊となる前にこれをほどくことが試験管内で可能かどうかを検証する。試験管で作成したタウの凝集物はあらゆる溶媒に不溶であることは分かっている。ショウジョウバエのスメアが変化しえるか解析する。

Causes of Carryover

当該年度は新たな場所で研究を始めるにあたりいろいろな予定外の物品の購入が必要となった。そのため通常これまでの研究から予想できる消耗品などの購入以外に値段を確認しつつこまごまと購入をした結果、予定していた購入額にわずかに及ばず金額を残すこととなった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

わずかな額となるため、次年度の使用見込のままで使用することになると予測される。消耗品の購入に充てられる可能性はある。