モノアシルグリセロールリパーゼPETプローブの開発と病態モデルへの応用

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K10461
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 羽鳥 晶子 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 標識薬剤開発部, 主幹研究員(任非) (20531528)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 謝 琳 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 標識薬剤開発部, 研究員(任常) (30623558) ; 藤永 雅之 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 標識薬剤開発部, 主任研究員(定常) (70623726) ; 張 明栄 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 標識薬剤開発部, 部長(定常) (80443076) ; 山崎 友照 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 標識薬剤開発部, 研究員(任常) (80627563)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: モノアシルグリセロールリパーゼ / MAGL / ポジトロン エミッション トモグラフィー / PET

Outline of Annual Research Achievements

モノアシルグリセロールリパーゼ(Monoacylglycerol lipase, MAGL)は、脳内マリファナ類似物質の2-アラキドノイルグルセロール(2-AG)と中性脂肪の分解過程のモノアシルグリセロール(MG)をそれぞれ分解する酵素であり、神経炎症及び代謝障害等との関連が示唆されている。私達は生きたラットやサルの脳に存在するMAGLを画像化できる世界初のPETプローブ[11C]SAR1を開発した。本研究課題は[11C]SAR1及び新たに開発される18F-標識誘導体-PETを用い、小動物疾患モデルに対し、MAGLと神経炎症及び代謝障害等との関連を画像化、定量解析することを目的としている。
平成29年度では、[11C]SAR1を用いて脳虚血モデルラットの脳内MAGLをPETにより画像化し、病態とMAGLの活性変化との関連を明らかにすることを目的とした。脳虚血モデルでは、正常側に対し虚血側への[11C]SAR1の取り込みが減少し、術後4日の線条体および大脳皮質でそれぞれ60％および50％に減少した。神経保護作用のあるミノサイクリンを用いて脳虚血モデルラットを処置した場合、虚血側の線条体および大脳皮質への放射能の取り込みが増加した。脳内炎症の軽減と[11C]SAR1の取り込みに関係がみられたことから、[11C]SAR1によるPET画像化は、脳内MAGLと炎症の関係をとらえるのに有用であると示された。
また、MAGLの新規PETプローブとして、アゼチジンカルボン酸塩を11C標識合成し評価を行った。In vitroではMAGLと選択的に非可逆的な結合をするが、生体内では初期における脳への取り込みは高いものの、投与後の時間経過により徐々に脳内の放射能濃度は減少し、アゼチジンカルボニルとMAGLに解離が認められた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成29年度の研究について
1.[11C]SAR1を合成して、神経炎症モデルを用いた動物試験への提供を行うことができた。
2.新規PETプローブとして、アゼチジンカルボン酸塩を11C標識合成し、動物を用いたin vivoにおける評価を行った。
3.脳虚血モデルの作製と評価のために、脳切片を用いたin vitro ARGを行う予定であったが、クリアーな結果が得られず評価が難しいので、動物を用いたPET試験を行うことに変更した。
4.脳虚血モデルラットのPET試験を行い、脳内MAGLを画像化し、病態の進行とMAGL活性変化との関連について研究を行ってきた。治療薬としてミノサイクリンを投与した場合に、脳内炎症の軽減と[11C]SAR1の取り込み増加がみられた。さらに脳内MAGLと炎症の関係を明らかにするため、免疫染色等の生物化学手法を用いた評価を行う。

Strategy for Future Research Activity

1.現在、神経炎症と脳内MAGLの活性変化との関係を明らかにする目的で、脳虚血モデルラットを用いて [11C]SAR1を投与し脳内MAGLをPET画像化する研究を進めている。今後、治療薬による処置を行った場合の知見を加える。また免疫染色等の生物化学手法により脳内MAGLの発現状況を明らかにする。
2.[11C]SAR1の安定合成及び新規プローブの標識合成。動物実験に[11C]SAR1を安定的に合成し、提供する。また探索した有望な化合物候補に対し、11C/18Fによる標識を行う。
3.新規PETプローブの評価。正常動物を用いたPET試験により、脳及び末梢組織のMAGLを可視化し、候補プローブのin vivoプローブとしての性質を評価する。
4.脳虚血モデルラットについての試験が終了した段階で、肥満モデル動物のPET試験を行う。Zuckerラット(FattyおよびLean)に[11C/18F]プローブを投与し、胴体を中心にPET撮像を行ない、褐色脂肪および主要臓器の時間放射能曲線を求める。FattyおよびLeanラットにβ3アドレナリン受容体アゴニストを投与し、褐色脂肪を活性化した場合のPET撮像を行ない、放射能の取り込みを画像解析および時間放射能曲線を求め、グループ間で比較する。PET終了後に褐色脂肪を採取し、免疫染色、ウェスタンブロッティングおよびRT-PCRを行い、発現しているMAGLを測定する。褐色脂肪の活性化に伴い発現するUncoupling protein-1(UCP1)についても合わせて測定し、MAGLと比較する。

Causes of Carryover

平成29年度は旅費が少額で済み、余剰分を物品費に使用することができたが、次年度への使用額が生じた。平成30年度も実験を行うための物品費が大部分である。物品費として化学合成、標識合成および動物実験に使用する薬品、材料、実験動物が含まれている。化学合成と標識合成の反応追跡及び目的物の精製は主に液体クロマトグラフィ(HPLC)より行われているため、HPLCカラム等の経費、また、動物による評価を行うため、動物や餌などの購入費用、特に肥満動物Zuckerラットは高額のため、動物購入費は高額の使用を予定している。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Harvard Medical School(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Harvard Medical School
• [Journal Article] In Vitro and in Vivo Evaluation of 11C-Labeled Azetidinecarboxylates for Imaging Monoacylglycerol Lipase by PET Imaging Studies (2018)
  • Author(s): Ran Cheng, Wakana Mori, Longle Ma, Mireille Alhouayek, Akiko Hatori, Yiding Zhang, Daisuke Ogasawara, Gengyang Yuan, Zhen Chen, Xiaofei Zhang, Hang Shi, Tomoteru Yamasaki, Lin Xie, Katsushi Kumata, Masayuki Fujinaga, Yuji Nagai, Takafumi Minamimoto, Mona Svensson, Lu Wang, Yunfei Du, Mary Jo Ondrechen, Neil Vasdev
  • Journal Title: J. Med. Chem. Volume: 61 Pages: 2278-2291
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.7b01400
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First demonstration of in vivo mapping for regional brain monoacylglycerol lipase using PET with [11C]SAR127303 (2018)
  • Author(s): Tomoteru Yamasaki, Wakana Mori, Yiding Zhang, Akiko Hatori, Masayuki Fujinaga, Hidekatsu Wakizaka, Yusuke Kurihara, Lu Wang, Nobuki Nengaki, Tomoyuki Ohya, Steven H Liang, Ming-Rong Zhang
  • Journal Title: NeuroImage Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed