2018 Fiscal Year Annual Research Report
Propagation of Alzheimer's disease neuronal cell death by intracellular formation and secretion of abnormal aggregates
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17H04055
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| Research Institution | Foundation for Biomedical Research and Innovation at Kobe |
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Principal Investigator |
星 美奈子 公益財団法人神戸医療産業都市推進機構, その他部局等, 研究員(副センター長・部長クラス) (30374010)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣明 秀一 名古屋大学, 創薬科学研究科, 教授 (10336589)
垣尾 翔大 公益財団法人神戸医療産業都市推進機構, その他部局等, 研究員(研究員・PDクラス) (10789085)
笹原 智也 公益財団法人神戸医療産業都市推進機構, その他部局等, 研究員(研究員・PDクラス) (30735345)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナトリウムポンプ / 神経変性疾患 / 神経細胞死 / アルツハイマー病 / タンパク質ータンパク質相互作用 / ペプチド創薬 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らは、Aβ30個が規則的に折り畳まれた球状体ASPD（Parthasarathy et al. JACS2015）が、神経の生存と機能に必須なシナプスタンパク質Na, K-ATPase α3（NAKα3）に選択的に結合し、その機能を阻害し細胞死を起こすことを証明し、アルツハイマー病の新たな神経細胞死機構を提示した（Ohnishi et al.PNAS2015）。その後、パーキンソン病とALSで同様の報告があり、異常凝集体がNAKα3に結合し機能を阻害することによる神経細胞死が神経変性疾患に共通な病態ということが解った。本研究では、ASPDがNAKα3に選択的に結合する構造基盤を理解し、NAKα3の局在と真の機能を解明する。さらに、ASPD形成機構から神経細胞死の伝播機構を解明することを目的とする。
今年度、課題１については、NAKα3結合に関わるASPD表面構造を溶液及び固体NMRで解析し論文に纏め始めた。また、マウス脳において見出した、神経細胞においてNAKα1の発現とNAKα3の発現は明確に棲み分けている知見については論文投稿中である。またASPD蓄積による細胞死が起こる遺伝子改変マウスを見出し、定量的解析方法を構築した。課題２については、NAKα3-ASPDの相互作用を阻害し神経細胞死を阻止するペプチドの定量的評価系の構築に成功し、ファージディスプレイ法から得られたペプチドライブラリーの中から、ASPDによる神経細胞死を阻止できる最小単位のペプチドを同定することに成功し、さらに配列の最適化を行った。課題３については、成熟神経細胞を用いてASPD形成機構を解明する系の構築に成功し、ASPDが特定の神経細胞内で形成され分泌されることを見出し、論文としてiScienceに出版した。
上記のとおり計画は極めて順調に進んだ。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
上記の計画に記載した結果に加えて、
（1）東京大学の豊島近先生との予備的研究により、NAKα3-ASPDの結合様式自体が過去に報告のない新しい形態である可能性が出てきたこと。その結合部位がパーキンソン病でも共通であるため、新しい形態による新しい阻害様式であることが強く示唆されたこと。
（2）ASPDが細胞外に分泌されていることから、体外診断の可能性が示唆され、さらに、ASPDだけを選択的にピコモルレベルで検出出来る極めて高感度な診断系の構築に成功したこと。
上記から予想以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究課題は、課題１ASPDとNAK α3結合の構造基盤解明、課題２構造理解に基づく神経細胞死の阻止、課題３ASPD形成と分泌、伝播機構の解明、である。申請者の総括の下、研究室メンバー、名古屋大学廣明教授、イリノイ大学石井教授、福井大学深澤教授、ルーベン大学De Strooper教授の協力の下、アルツハイマー病で起こる神経細胞死を総合的に理解し、阻止を目指す。
課題１ASPDとNAKα3結合の構造基盤解明：①固体NMR、溶液NMRの解析結果からASPDの二次構造を解明し、論文にまとめる。②上記、酵母NAK発現系を活用し、ASPD結合による影響を電位感受性色素等による機能解析で解明する。上記の結果から得られたASPDの構造モデルから、相互作用部
位について分子動力学シミュレーションを行い、相互作用領域を特定し、論文に纏める。③ASPD形成モデルマウスの解析を論文に纏める。この結果に基づき、ASPD形成を亢進する新たなAPP突然変異体を用いたモデル動物を作製し、病態解明及び創薬に活用する。
課題２構造理解に基づく神経細胞死の阻止：表面プラズモン共鳴装置及び成熟神経細胞を用いた機能的解析により、ペプチドからペプチドミメティクスに展開する基盤となる最適なアミノ酸配列を得る。
課題３ASPD形成と分泌、伝播機構の解明① 上記結果を論文に纏める。CLEIA－ASPD検出系は診断への展開を目指す。② ASPD形成とpresenilin代謝の関係について長鎖アミロイドとの関係を解明する。③ ASPD形成を可視化する新たなイメジングシステムの構築に着手する。ASPD蓄積モデルマウスを解析し、病態の伝播の時系列を明らかにする。
基本的要素技術は完成しており、モデルマウスの構築等には着手ずみであるため、大部分の目標を達成出来ると考えている。研究成果は知財化した上で論文として公表し社会に還元する。
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| Remarks |
非常勤を務める京都大学と現所属で共同でプレスリリースした
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[Journal Article] Alzheimer Abeta Assemblies Accumulate in Excitatory Neurons upon Proteasome Inhibition and Kill Nearby NAK3 Neurons by Secretion2019
Author(s)
Komura, H., Kakio, S., Sasahara, T., Arai, Y., Takino, N., Sato, M., Satomura, K., Ohnishi, T., Nabesima, Y., Muramatsu, S., Kii, I., and Hoshi, M.
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Journal Title
iScience
Volume: 13
Pages: 452-477
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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