Regulatory mechanisms of aging of adult neural stem/progenitor cells via p38 MAPK

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K06469
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 島崎 琢也 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (00324749)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 神経幹細胞 / 神経前駆細胞 / p38 / 老化 / 増殖 / 成体脳

Outline of Annual Research Achievements

哺乳動物の神経幹/前駆細胞(NSPCs)は発生の進行に伴って可塑性と増殖能が低下して行き、生後にその絶対数も激減し、成体においても神経新生を行っている側脳室下帯(aSVZ)と海馬歯状回(DG)顆粒下帯(SGZ)以外の領域ではほとんどがグリア細胞へ分化し、一部が潜在的NSCあるいは前駆細胞(NPC)として静的状態で残る。成体におけるaSVZとSGZでの神経新生も、NSPCｓの増殖能の低下により加齢とともに低下して行くのであるが、その制御機構についてはあまり良く分かっていない。そこで本研究では、成体NSPCsがいかに老化し神経新生能を低下させていくかを明らかにすることを目的として、そこにおけるp38 MAP-Kinaseの役割に焦点を当てて行っている。これまでの研究により、NSPCsに発現している主要なp38 MAP-Kinaseのアイゾザイムであるp38(Mapk14)の成体NSPCs特異的なコンディショナルノックアウト(CKO)マウス（NSPCs特異的なNestin遺伝子のエンハンサー/プロモーター制御下でCreERT2を発現させ、tamoxifen投与によって、Mapk14遺伝子を破壊）では、特にNSCsから生まれる中間型前駆細胞NPCsの増殖が低下していることを発見しており、さらに、Mapk14を老齢マウスaSVZのNSPCsに強制発現させると、低下したNPCsの増殖能と神経新生能が回復することを確認していた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

これまでの研究から、NSPCsの増殖に関与している可能性の高い遺伝子群を選択し、Mapk14遺伝子ノックダウン(KD)や加齢による NSPCsでの発現変化を定量的PCRによって解析したところ、神経前駆細胞の増殖を促進することが知られているWntシグナルの阻害タンパク質をコードしているDkk1およびSfrp3遺伝子の発現が、Mapk14KDおよび加齢によって上昇していることが明らかになった。そこでこれらの遺伝子をMapk14CKOおよび老齢マウスNSPCsでノックダウンすると、NPCsの増殖低下がレスキューされ、老齢aSVZにおいては神経新生の回復が観察された。また、Mapk14をマウス側脳室脳室下帯において強制発現させ、1年後に解剖・解析してみると、神経幹細胞の枯渇を招くことなく老化個体脳実質の萎縮により引き起こされる側脳室の拡大が抑制され、長期にわたって神経新生が促進されていた。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度において、老化と伴にp38 MAPKの発現が低下することによってNPCsの増殖能が低下し、それがp38の下流制御因子であるDkk1およびsFRP3の発現上昇によるWntシグナルの低下によるものであることを明らかにした。そこで今後は、p38, Dkk1およびSfrp3の発現制御機構に焦点を当て、その解明を目指す。具体的には、これらの遺伝子の転写制御領域含む領域のゲノム構造、ヒストン修飾、DNAメチル化およびゲノム高次構造の比較解析を、Mapk14CKOおよび老齢マウス由来培養NSPCsを用いて行う。

Causes of Carryover

p38の下流制御因子の探索に、高額な次世代シークエンサーを用いたRNAシークエンスを予定していたが、その必要が無くなったため経費が減少した。今後はp38, Dkk1およびSfrp3の発現制御機構の解明のための、次世代シークエンサーを用いたトランスクリプトーム解析やゲノム構造解析に充当する予定である。