Elucidation of physiological role of four CNS barriers in human based on the establishment of next generation transporter assay method

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18KK0446
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 内田 康雄 東北大学, 薬学研究科, 講師 (70583590)
• Project Period (FY): 2019 – 2022
• Keywords: 血液クモ膜関門 / 網羅的局在解明 / SWATH / OCT2 / MATE1 / OAT1 / OAT3

Outline of Annual Research Achievements

高い網羅性と定量精度の両面を兼ね備えた次世代型プロテオミクス法であるSWATH法を用いて、肝臓をモデル臓器として、トランスポーターの局在を網羅的に解析する手法を確立した。胆管側と血管側の細胞膜画分のSWATH peak areaの比率を取ることによってトランスポーターの局在を推定した。局在が報告されている34トランスポーター中32分子について、推定された局在が報告の局在と一致した。従って、SWATH法によって局在を推定できることが示された。これまで局在が報告されていない細胞膜に発現する27トランスポーターの局在を新規に推定できた。論文発表済みである。
中枢関門の一つである血液クモ膜関門について、ヒト、イヌおよびブタの組織を対象に、トランスポーター・受容体・酵素・密着結合分子のタンパク質絶対発現量を網羅的に解明した。有機カチオン性薬物トランスポーターであるOCT2・MATE1や、有機アニオン性薬物トランスポーターであるOAT1・OAT3の高発現が、ヒトを含めたいずれの動物でも示された。これらは、ヒトを含めた大動物の脳血管では発現しないか・発現量が極めて小さいトランスポーターであることから、血液クモ膜関門が、血液と中枢組織の間での有機カチオン・アニオンの主要な物質交換ルートであることを示唆している。論文発表済みである。
新型コロナウィルス感染症の流行のため、国外への渡航が制限され、スイス共同研究先で予定していた共同解析内容について実施することができなかった。この間、上述の実験・解析や論文執筆など、国内で実施可能な内容について実施し、複数の論文をpublishすることができた。新型コロナウィルス感染症の流行がおさまり次第、2021年度に実施できなかった計画を再開していきたいと考えている。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナウィルス感染症の流行のため、共同研究先のスイス連邦工科大学へ渡航することができなかったため、共同で実施を予定した実験・解析について進んでいないため。

Strategy for Future Research Activity

新型コロナウィルス感染症の流行がおさまり次第、2021年度に実施できなかった計画を再開していきたいと考えている。

Research Products

• [Journal Article] A Human Blood-Arachnoid Barrier Atlas of Transporters, Receptors, Enzymes, Tight Junction and Marker Proteins: Comparison with Dog and Pig in Absolute Abundance (2022)
  • Author(s): Uchida Y, Takeuchi H, Goto R, Braun C, Fuchs H, Ishiguro N, Takao M, Tano M, Terasaki T
  • Journal Title: J Neurochem Volume: 161(2) Pages: 187-208
  • DOI: 10.1111/jnc.15599
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pharmacoproteomics of Brain Barrier Transporters and Substrate Design for the Brain Targeted Drug Delivery (2022)
  • Author(s): Huttunen KM, Terasaki T, Urtti A, Montaser AB, Uchida Y
  • Journal Title: Pharm Res Volume: 39(7) Pages: 1363-1392
  • DOI: 10.1007/s11095-022-03193-2
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SWATH-Based Comprehensive Determination of the Localization of Apical and Basolateral Membrane Proteins Using Mouse Liver as a Model Tissue (2022)
  • Author(s): Hirano S, Goto R, Uchida Y
  • Journal Title: Biomedicines Volume: 10(2) Pages: 383
  • DOI: 10.3390/biomedicines10020383
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An Atlas of the Quantitative Protein Expression of Anti- Epileptic-Drug Transporters, Metabolizing Enzymes and Tight Junctions at the Blood-Brain Barrier in Epileptic Patients (2021)
  • Author(s): Sato R, Ohmori K, Umetsu M, Takao M, Tano M, Grant G, Porter B, Bet A, Terasaki T, Uchida Y
  • Journal Title: Pharmaceutics Volume: 13(12) Pages: 2122
  • DOI: 10.3390/pharmaceutics13122122
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 亜鉛輸送をはじめとする肝臓トランスポーター群のタンパク質絶対発現量と局在の網羅的解明 (2021)
  • Author(s): 内田 康雄, 平野 誠巳, 寺崎 哲也
  • Organizer: 生命金属科学 夏の合宿
• [Presentation] ヒト、ブタ血液クモ膜関門におけるタンパク質発現量解析及び輸送担体細胞膜局在の一斉解明 (2021)
  • Author(s): 竹内妃奈、後藤諒平、Magdalena Luczak、臼井拓也、田野光敏、高尾昌樹、寺崎哲也、内田康雄
  • Organizer: 日本医用マススペクトル学会第46回年会
• [Presentation] quantitative Global Absolute Proteomics （qGAP）法を用いたヒト脳毛細血管内皮細胞株（hCMEC/D3細胞）のヒト血液脳関門モデルとしての特性評価 (2021)
  • Author(s): 平良怜雅、平野誠巳、池田千絵美、田野光敏、高尾昌樹、寺崎哲也、内田康雄
  • Organizer: 日本薬剤学会第36年会
• [Book] Drug Delivery to the Brain - Physiological Concepts, Methodologies and Approaches - The second edition (2022)
  • Author(s): Y Uchida, R Goto, T Usui, M Tachikawa and T Terasaki
  • Total Pages: 812
  • Publisher: Springer
• [Remarks] 研究代表者ホームページ（内田康雄）
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~soutatsu/drug_design/