2017 Fiscal Year Annual Research Report
Involvement of a lysosomal protein in maintaining nervous/muscular tissues
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17H03930
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
西原 真杉 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (90145673)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 生理学 / 神経組織 / 筋組織 / プログラニュリン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度には、神経組織については感染ストレス時や老齢期における神経炎症、及び海馬歯状回の神経新生におけるプログラニュリン（PGRN）の役割について検討した。マウスを用いたリポ多糖投与による感染ストレスモデルにおいては、活性化ミクログリアにおけるPGRNの発現上昇とともに、神経新生の抑制、mTORシグナリングの抑制を介したリソソーム生合成の促進、炎症性サイトカイン遺伝子の発現上昇が起こるが、PGRNノックアウトマウスにおいてはこれらの反応が増悪することから、PGRNは感染ストレス時には神経炎症を緩和することにより神経新生を維持していることが示唆された。一方、加齢とともに脳内ではミクログリアの活性化や神経新生の減少が起こるが、PGRNノックアウトマウスではCD68陽性活性化ミクログリア数、リソソーム生合成、炎症性サイトカイン遺伝子発現がいずれも上昇していたが神経新生には差がなかったことから、PGRNは加齢に伴う神経炎症は抑制するが神経新生の減少には影響しないことが示唆された。さらに、ペンチレンテトラゾール・キンドリング後に生じるミクログリアの活性化、アストロサイトの増殖、自発的な神経細胞の過剰興奮にはIL-1シグナリングが関与していること、またPGRNは神経細胞の細胞間接触を介してアストロサイトにエストロゲン受容体の発現を誘導していることが示唆された。
一方、筋組織についてはカルジオトキシンを用いて筋損傷を行い、その修復過程におけるPGRNの役割について検討した。その結果、PGRNは主に損傷部位に集積するマクロファージに発現すること、損傷後にはPGRNノックアウトマウスにおいてM2型マクロファージが多く残存することや筋線維径が増加することが明らかとなり、筋修復過程におけるPGRNの欠損は、M2型マクロファージの残存、及び再生筋線維の肥大につながることが示唆された。
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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
我々は脳の性分化や神経新生に関与するタンパク質として、成長因子として知られているPGRNを同定した。PGRNの受容体や作用機序については不明な点が多いが、我々はPGRNがリソソームに局在すること、プロモーター領域にリソソームタンパク質に特徴的なCLEAR配列を有すること、オートファジーの機能制御に関与することなどを発見し、PGRNが新規のリソソームタンパク質であることを示した。また、我々はPGRNが脳傷害時にミクログリアにおいて発現が上昇し、その過剰な活性化を抑制することにより神経保護作用を示すこと、筋損傷時にもPGRNの発現が上昇してその修復に関与していることを示唆した。本研究ではPGRNのリソソームタンパク質としての機能を解明し、PGRNによる神経組織及び筋組織の修復や恒常性維持機構を明らかにすることを目指している。
現在までに、PGRNの発現が低下するとリソソームの生合成が増加すること、ソルチリンやマンノース6リン酸受容体がPGRNをリソソームに輸送してその酸性化に関与していることなどを見出している。さらに、PGRNの発現低下によるリソソームの機能低下が異常タンパク質の蓄積による神経変性疾患の原因となることを示唆した。また、PGRNが欠損すると興奮性アミノ酸アゴニストや抑制性アミノ酸アンタゴニストにより誘発されるてんかん発作が亢進すること、アストロサイト特異的にエストロゲン受容体を欠失することなどの知見を得ている。神経興奮性の上昇が神経炎症に繋がること、また脳傷害時の性ステロイドの神経保護作用の少なくとも一部はアストログリオーシスの抑制によることが知られているため、これらの機序を明らかにすることは重要である。実験的脳傷害モデルや筋損傷モデルを用いたPGRNの神経組織及び筋組織の修復における役割の解明も進展しており、研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
PGRNによる神経組織及び筋組織の修復や恒常性維持機構の解明を目的として、実験的脳傷害モデルや筋損傷モデルを用いて、神経組織及び筋組織の損傷時におけるPGRNの発現パターンや発現細胞の検討を進める。さらに、これらの組織の修復過程に対するPGRNの関与を明らかにするために、ミクログリアやマクロファージの集積、リソソームマーカー等を野生型マウスとPGRN ノックアウトマウスで比較する。我々は既に興奮性アミノ酸アゴニストや抑制性アミノ酸アンタゴニストにより誘起されるてんかん発作がPGRNノックアウトマウスにおいて増悪することを見出しており、PGRNの神経保護作用には過剰な神経興奮を抑制する作用が関与していることを示唆している。その機序をさらに解明するために、興奮性アミノ酸受容体の発現等に対するPGRNの作用を検討する。
さらに最近、ペンチレンテトラゾール（PTZ）誘発性キンドリングモデルにおいて、IL-1受容体（IL-1R1）ノックアウトマウスでは神経炎症やてんかん発作が亢進することを発見した。PGRNはミクログリアの過剰な活性化やIL-1等のサイトカイン放出を抑制して、神経保護的に作用することが報告されていることから、PGRNがIL-1シグナリングのもつ神経興奮性の亢進作用を抑制している可能性が考えられる。そこで、PGRNノックアウトマウスを用いて、同様に PTZキンドリングを行い、神経炎症やてんかん発作について検討する。さらに、PGRNの神経興奮性調節作用におけるIL-1シグナリングの役割を解明することを目的に、PGRN及びIL-1R1ダブルノックアウトマウスを作出し、PTZキンドリングモデル等を用いた解析を行う。また、前年度及び今年度に得られた結果を取りまとめ、学会発表や論文投稿を積極的に行っていく予定である。
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[Journal Article] Skeletal muscle cell contraction reduces a novel myokine, chemokine (C-X-C motif) ligand 10 (CXCL10): Potential roles in exercise-regulated angiogenesis2018
Author(s)
Ishiuchi Y, Sato H, Tsujimura K, Kawaguchi H, Matsuwaki T, Yamanouchi K, Nishihara M, Nedachi T
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Journal Title
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
Volume: 82
Pages: 97-105
DOI
Peer Reviewed
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