2019 Fiscal Year Research-status Report
脳虚血再灌流障害におけるATMキナーゼ経路の役割解明と新たな脳梗塞治療への応用
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18K08994
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
細田 弘吉 神戸大学, 医学研究科, 医学研究員 (90403261)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
篠山 隆司 神戸大学, 医学部附属病院, 講師 (10379399)
甲村 英二 神戸大学, 医学研究科, 教授 (30225388)
篠原 正和 神戸大学, 医学研究科, 准教授 (80437483)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ischemia reperfusion / stroke / Geranylgeranylacetone / metabolomics / heat shock protein |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は，ラットの脳虚血再灌流時の脳組織代謝物の変化をガスクロマトグラフィー質量分析装置で調べ，パスウェイ分析を行ったところ，ペントースリン酸経路（PPP）とタウリンーヒポタウリン経路が最も強く再灌流と関連していることをを見出した．この結果とAtaxia telangiectasia mutated kinase (ATMK)を上流とする Signaling pathwayがHeat shock protein 27 (HSP27)のリン酸化を介してPPPの律速酵素であるglucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD)を活性化しNADPHを増加させ内因性抗酸化機構として働くことを結びつけ，虚血再灌流障害の際にもこの機構が働くのではないかという仮説を立てた．そこで，ラットの脳虚血再灌流モデルで検討してみると，HSP27リン酸化は亢進し，G6PD活性は増大し，NADPHは増加していた．また，ATMKを阻害すると，HSP27のリン酸化とG6PD活性亢進が阻害されること，蛋白のカルボニル化（酸化ストレスの指標）が増大すること、脳梗塞の体積が有意に増大することが確認された．以上の結果より，我々の仮説が確認された．
次に，HSP27誘導実験を行い虚血再灌流障害に対する神経保護作用を示すかどうかを検討した．HSP27誘導作用を有するとされるGeranylgeranylacetone (GGA)をratの脳室に投与し，3時間後に中大脳動脈閉塞60分後再灌流24時間を行い抜脳した．HSP27とそのリン酸化やG6PD酵素活性は虚血再灌流によりコントロールよりも増加したが，GGAの投与により，これらの値はさらに有意に増加した．また，虚血再灌流により増加したカルボニル化蛋白はGGAの投与により有意に減少した．さらに，GGAの投与により虚血再灌流後脳梗塞のサイズは有意に減少した．以上のことより，GGAは，HSPおよびそのリン酸化を増加することでPPPを亢進し，抗酸化作用を増強することで再灌流障害を軽減する効果を有すると考えられる．
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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
上述のごとく，脳虚血再灌流の際にペントースリン酸経路が亢進して内因性抗酸化機構として働いていることが確認できた．この抗酸化機構において，HSP27はリン酸化を介してG6PD活性を亢進させていると考えられた．そこで，治療への応用の可能性を探るために，HSP27の誘導薬であるGGAを投与したところ，虚血再灌流のみの時よりも脳梗塞のサイズが縮小することを確認でき，それ以外の生化学的指標も虚血に対する保護を示唆する結果であり，我々の仮説を支持するものであった．これらの結果を国内学会や国際学会で発表した．また，論文としてまとめ国際雑誌に投稿中である．以上のごとく，順調に進捗していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
上述の結果より，GGAによるHSP27の誘導が中大脳動脈閉塞後再灌流により引き起こされた脳梗塞のサイズを縮小させることが判明した．これらの結果が臨床的な改善をもたらすかどうかを確認するためにGGA投与後の虚血再灌流ラットモデルにおいて神経学的異常が軽減するかどうかを調べる実験を行う予定である．また，この分子機構を明らかにするために，HSP27の増加自体が有効なのか，あるいはそのリン酸化が有効なのかを決定する必要があり，HSP27のリン酸化酵素であるMAPKAPK-2の阻害実験などを行う予定である．これまでの実験の問題点はGGA投与が虚血前ということである．臨床応用のためには虚血後にGGAを投与した場合でも有効かどうかを確認する必要がある．また，脳室内投与は臨床応用が困難であり，静脈内投与でも有効かどうかを確認する必要がある．さらに，HSP27を誘導する他の薬剤，すなわち，celastrol, FLZ, carbenoxoloneなどの薬剤の投与下での脳虚 血再灌流時の代謝変化や梗塞サイズの変化，機能予後に対する影響を調べ，最も有効な薬剤を探求していきたい．
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| Causes of Carryover |
(理由)消耗品などの費用が当初の予定より安価であったため
(使用計画)次年度の本来の予算と合わせて消耗品などに使用する予定である.
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[Presentation] Phosphorylation of Heat Shock Protein 27 Leads to Activation of Pentose Phosphate Pathway and Protection from Cerebral Ischemia-Reperfusion Injury2019
Author(s)
3.Matsuo K, Hosoda K, Tanaka J, Yamamoto Y, Imahori T, Nakai T, Irino Y, Shinohara M, Sasayama T, Kohmura E
Organizer
Brain & Brain PET 2019, Yokohama (Japan)
Int'l Joint Research
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