2018 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 |
プログラニュリン（PGRN）は神経新生の促進や神経炎症、神経変性、神経細胞死の抑制など、多様な神経保護作用を持つ因子である。我々は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様発作がPGRNノックアウトマウスにおいて増悪することを見出し、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するとともに、興奮性アミノ酸受容体であるNMDA受容体のサブユニット、NR2Aのタンパク質量が海馬で増加していることを見出した。そこで海馬におけるNMDA受容体サブユニットおよびそれらの転写因子のmRNA量を定量したところ、NR2A、NR2B、NR3AサブユニットmRNAの発現量、および転写因子mRNAの発現量がPGRNノックアウトマウスにおいて有意に低値を示した。一方、受容体のリン酸化状態を解析した結果、海馬でのリン酸化NR2A、NR2Bタンパク質量は、遺伝子型間で有意な差が認められなかった。これらのことから、PGRNノックアウトマウスの海馬におけるNR2Aタンパク質量増加の原因はNR2A遺伝子の転写の亢進ではなく、リソソームの機能不全と関連したタンパク質分解の低下による可能性が考えられた。一方、前脛骨筋にカルジオトキシンを用いて筋損傷を行い、マクロファージのマーカーとPGRNの二重免疫染色を行ったところ、PGRNは主にマクロファージに発現することが明らかになった。さらに、筋再生過程におけるPGRNの欠損は、M2型マクロファージの残存、及び筋線維の肥大につながることが示唆された。過剰なM2型マクロファージの残存は骨格筋の線維化に関与することから、PGRNはマクロファージの動態を調節することによって統制のとれた筋再生の進行に寄与している可能性が考えられる。
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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プログラニュリン（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。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、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、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、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、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を示した。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、これらの知見はPGRNの作用解明において重要であり、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 |
プログラニュリン（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の発現やその役割を検討する。また、我々は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様発作がPGRNノックアウトマウスにおいて増悪することを見出し、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。そこで、特に興奮性アミノ酸受容体の一種であるNMDA受容体の遺伝子、タンパク質発現等を野生型マウスとPGRN ノックアウトマウスで比較し、PGRNの作用やその機序を追究する。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、神経保護的に作用することから、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。また、我々は既にPGRNおよびIL-1R1ダブルノックアウトマウスの作出に成功しており、本マウスを用いて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、PTZキンドリングモデル等を用いた解析を行う。また、平成31年度は最終年度であるため、これまでに得られた研究成果を取りまとめ、学会発表や論文投稿を積極的に行う。
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