Investigation of contribution of novel tight junction molecule at the two big central nervous system barriers and its usefulness as a therapeutic target for multiple sclerosis

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K15475
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 内田 康雄 東北大学, 薬学研究科, 助教 (70583590)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: Claudin-11 / 多発性硬化症 / 血液脳関門 / 血液脊髄関門 / 血液クモ膜関門 / 血液脳脊髄液関門 / 密着結合 / 定量プロテオミクス

Outline of Annual Research Achievements

本研究では「研究代表者が見出したClaudin-11タンパク質が中枢関門の密着結合形成に重要な役割を果たしており、多発性硬化症の中枢関門崩壊の原因分子である」という仮説を証明することを目的とした。ラットから脳毛細血管を単離し、独自の次世代型網羅的定量的プロテオミクス（改良型SWATH）によって網羅的探索を行った結果、全claudin familyの中でclaudin-5とclaudin-11のみのタンパク質発現が検出された。独自のQuantitative Targeted Absolute Proteomics (QTAP)法を適用した結果、claudin-11のタンパク質絶対発現量は、ラット及びヒト脳毛細血管において、claudin-5（従来から知られている血液脳関門の主要密着結合分子）と比較してそれぞれ1.0倍及び2.8倍多く、定量的な観点から（特にヒトで）claudin-11の重要性が示唆された。免疫組織学的解析によって、脳毛細血管内皮細胞だけでなく他の中枢関門を構成する脊髄毛細血管内皮細胞、脈絡叢上皮細胞およびクモ膜にも発現することが示された。Claudin-11発現の特異的ノックダウンによって、細胞膜非透過性物質であるFITC-dextranの細胞間透過性が上昇し、claudin-11が中枢の内皮系バリアー及び上皮系バリアーの両方の密着結合形成に寄与していることが示された。In vivoのヒトの血液脳関門におけるclaudin-11の寄与率はclaudin-5とほぼ同程度であると推定された。多発性硬化症の患者では脳毛細血管および脊髄毛細血管、多発性硬化症モデルマウスではそれらに加えてクモ膜において、claudin-11の発現低下が示された。結論として、claudin-11は複数の中枢関門の密着結合形成に重要な分子であり、その発現低下が多発性硬化症におけるそれら中枢関門の破綻の原因の一つであることが本研究によってはじめて明らかとなった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Cochin Institute(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Cochin Institute
• [Int'l Joint Research] University of Greifswald(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: University of Greifswald
• [Journal Article] Inner blood-retinal barrier dominantly expresses breast cancer resistance protein: Comparative quantitative targeted absolute proteomics (QTAP) study of CNS barriers in pig (2017)
  • Author(s): Zhang Z, Uchida Y, Hirano S, Ando D, Kubo Y, Auriola S, Akanuma S, Hosoya K, Urtti A, Terasaki T, Tachikawa M
  • Journal Title: Mol Pharm Volume: 14 Pages: 3729-3738
  • DOI: 10.1021/acs.molpharmaceut.7b00493
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Actin filament-associated protein 1 (AFAP-1) is a key mediator in inflammatory signaling-induced rapid attenuation of intrinsic P-gp function in human brain capillary endothelial cells (2017)
  • Author(s): Hoshi Y, Uchida Y, Tachikawa M, Ohtsuki S, Terasaki T
  • Journal Title: J Neurochem Volume: 141 Pages: 247-262
  • DOI: 10.1111/jnc.13960
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 多発性硬化症における中枢関門の破綻への新規密着結合分子claudin-11 の寄与の解明 (2018)
  • Author(s): 内田康雄, 住谷智仁, 立川正憲, 山川達也, 村田将, 八木悠太, 佐藤和貴, 伊藤克彰, 大槻純男, Pierre-Olivier Couraud, 鈴木貴, 寺崎哲也
  • Organizer: 日本薬剤学会第33 年会
• [Presentation] 中枢関門の密着結合形成におけるclaudin-11の寄与と多発性硬化症におけるその発現低下の解明 (2018)
  • Author(s): 住谷智仁、内田康雄、山川達也、村田将、八木悠太、佐藤和貴、伊藤克彰、立川正憲、大槻純男、鈴木貴、寺崎哲也
  • Organizer: 日本薬学会第138年会
• [Presentation] LC-MS/MS-based research for Blood-Brain Barrier and Malignant Brain Tumor (2017)
  • Author(s): Uchida Y
  • Organizer: Seminar in Institute for Research in Biomedicine, University of Barcelona
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ブタBRB, BBB及びBCSFBの輸送担体の絶対発現量解析：BCRPの重要性 (2017)
  • Author(s): 張正宇、内田康雄、平野誠巳、安藤大介、久保義行、 Seppo Auriola、赤沼伸乙、立川正憲、細谷健一、Arto Urtti、寺崎哲也
  • Organizer: 日本薬剤学会第32年会 (最優秀発表賞受賞)
• [Presentation] Development of label free comprehensive absolute quantification method by SWATH-MS combined with in silico peptide selection criteria ~Its application for the hepatic drug delivery~ (2017)
  • Author(s): 平野誠巳、内田康雄、立川正憲、後藤諒平、寺崎哲也
  • Organizer: 日本薬物動態学会第32回年会（優秀口頭発表賞受賞）
• [Presentation] Proteomics based characterization of the blood-spinal cord barrier transporters in rats: Comparison with the blood-brain barrier (2017)
  • Author(s): 八木悠太、立川正憲、内田康雄、寺崎哲也
  • Organizer: 日本薬物動態学会第32回年会
• [Remarks] 研究業績
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~soutatsu/dds/profile/uchida.htm