2019 Fiscal Year Research-status Report
生体ミクロイメージングによるタウおよびαシヌクレイン病変の脳内伝播メカニズム解明
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18K06542
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
田桑 弘之 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 脳機能イメージング研究部, 研究員(任常) (40508347)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 脳内クリアランス / ミクログリア / 二光子顕微鏡 / 認知症 / タウ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
認知症治療薬の開発は、超高齢社会の喫緊の重要課題であるが、未だ根本的な治療法の開発に至っていない。認知症は、病態進行に伴い神経細胞内外の異常タンパク（βアミロイドやタウなど）が蓄積し、それが引き金となり細胞死から過剰な脳萎縮へと進行する。そのため治療戦略は、基本的には病気の原因となる異常タンパクの除去にあると考える。しかし先行研究により異常タンパクのクリアランス機構として、分解や脳外へ排出するメカニズムの存在が示されているが、未解明な点が多い。
本研究では、病原性タンパクの脳内への蓄積メカニズムおよび脳内のクリアランスメカニズムを明らかにすることを目指している。このことは、将来的に病原タンパクの蓄積を抑制して脳外へと適切に排出する方法を構築し、認知症の新たな治療法の開発につながると考える。当該年度は、二光子顕微鏡を用いてタウ病変モデルマウスの生体脳イメージングを実施し、脳内でのタウ凝集体および脳細胞の動態をミクロレベルで可視化する実験を実施した。その中で、月齢と共に神経細胞内にタウ凝集体が蓄積していき、一定期間後に消失することが確認された。さらにアデノ随伴ウイルス（ＡＡＶ）を用いてミクログリアを蛍光標識して二光子顕微鏡で観察したところ、タウ凝集体を有する神経細胞を選択的に貪食して、消失させていることが分かってきた。これらの結果は、タウ凝集体が蓄積した神経細胞の細胞死および脳外への排出がミクログリアにより行われている可能性を示唆する。次年度は、このミクログリアを中心とした神経細胞の貪食と脳外排出メカニズムについて検証を進めていく。このミクログリアを中心とした脳内クリアランス系は、脳疾患における萎縮の主要メカニズムである可能性があり、最終的に脳萎縮を呈する疾患の治療法開発における基盤的知見になると考える。
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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
認知症は、神経細胞内外に蓄積する病原性タンパクが引き金となり、神経機能障害や脳萎縮が生じることで進行していく。本研究の目的は、脳内の異常タンパクがどのような環境で伝播・蓄積されていくのか、または脳外へとクリアランスされるのかを明らかにしていくことにある。このことは、脳内での異常タンパクの広がり（伝播）を抑制し、さらに脳外へのクリアランスを促進することで認知症病態を改善する治療法の開発のカギとなる知見になりうる。
当該年度は、脳内の異常タウ蓄積および、それら老廃物の脳内クリアランス系を調べることを目的として、二光子顕微鏡を用いたタウ病変モデルマウス（rTg4510マウス）の生体脳イメージングを実施した。まず、アデノ随伴ウイルスを用いて脳内のミクログリアおよび神経細胞を蛍光標識し、さらにタウ凝集体を標的としたPET・蛍光トレーサーであるPBB3を静脈注射して、脳内のタウ凝集体の動態を可視化した。この実験により、2つのことが明らかとなった。１）タウ凝集体が蓄積した神経細胞は、一定期間後に消失する。２）ミクログリアは、タウ凝集体を有する神経細胞を選択的に貪食し、足突起の中で数日をかけて消失させる。使用したrTg4510マウスは、脳が顕著に萎縮することから、上記の「消失」は貪食された神経細胞が脳実質外に排出されることを意味すると推察した。すなわち、タウ病変においてミクログリアは、生きた神経細胞を貪食して細胞死を引き起こし、さらに脳外へとクリアランスする可能性が示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
近年の脳内クリアランス系の研究として、Glymphatic systemが注目されている。この仮説では、動脈の血管壁とアストロサイトの足突起の末端の間隙にある水が、アクアポリン4などの働きを介して脳実質内に流入し、細胞間隙の老廃物を洗い流しながら静脈周囲腔へと排出されて、最終的にリンパ管を介して脳外に排出されることを主張している。我々が本研究で観察に成功したミクログリアによるタウ凝集体を有する神経細胞の貪食とその後の細胞消失は、ミクログリアが主体となった脳内クリアランス系である可能性が高いと考える。このミクログリアによるクリアランス系は、Glymphatic systemなどの既存のメカニズムとは輸送経路も駆動力も全く異なっており、非常に新規性の高い知見である可能性がある。今後の方向性として、ミクログリアがタウ凝集体を有する神経細胞を貪食し、どのように脳外へと排出していくかを明らかにする。特に、貪食後の神経細胞の残骸がどのようにして脳実質外へと輸送されるかが重要となる。1つの可能性として、我々はこれまでにタウ病変マウスにおいて脳内タウ蓄積と脳萎縮が生じる月齢で棒状ミクログリアが多く生じていることが分かってきた。この棒状ミクログリアは、脳実質内から脳表方向に1方向の長い足突起を伸ばした形態をしており、足突起の中を貪食された細胞断片が輸送される可能性も考えられる。今後は、特にこの棒状ミクログリアに注目して、貪食された神経細胞の脳実質内排出メカニズムを明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
実験が問題なく順調に進んだため、動物数や試薬や消耗品等が少なくて済んだため。繰り越し分の予算は、論文化のための謝金等に使用する。
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[Journal Article] Selective Disruption of Inhibitory Synapses Leading to Neuronal Hyperexcitability at an Early Stage of Tau Pathogenesis in a Mouse Model.2020
Author(s)
Shimojo M, Takuwa H, Takado Y, Tokunaga M, Tsukamoto S, Minatohara K, Ono M, Seki C, Maeda J, Urushihata T, Minamihisamatsu T, Aoki I, Kawamura K, Zhang MR, Suhara T, Sahara N, Higuchi M.
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Journal Title
J Neurosci.
Volume: 40
Pages: 3491-3501
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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