2019 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of neurodegeneration-expansion by death cell-live cell signal transduction and development of new therapeutics targeting on the signal
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19H01042
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
岡澤 均 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (50261996)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 神経変性 / ネクローシス / 変性拡散仮説 / 死細胞・生細胞間シグナル伝達 / アルツハイマー病 / TRIAD / YAP |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究『死細胞・生細胞間シグナル伝達による変性拡散仮説の確立と応用』では、はじめに、新規ネクローシス(TRIAD)を鋭敏に検出するマーカー分子pSer46MARCKSを活用して、アルツハイマー病などの病態時間軸における新規ネクローシスの時期を特定する。次に、生化学的手法、遺伝学的手法、細胞生物学的手法などを用いて、新規ネクローシスに至る上流分子経路を解明する。さらに、ネクローシス細胞膜分子変化あるいはネクローシス細胞の放出分子が、周辺の神経細胞等に引き起こす下流分子経路（２次的細胞変性）を明らかにする。 これら３つの解析結果を疾患横断的に実施・比較することで、神経変性疾患における新規ネクローシスの時間軸上の位置付けを定義すると同時に、死細胞・生細胞間シグナル伝達の観点から『変性』の新たな概念の樹立を目指す。また、上記の研究ステップの中で、シグナル経路を担うコア分子への介入によるin vivo 治療効果を検討し、新たな治療法シーズの開発を目指す。
本年度は、アルツハイマー病態時間軸における新規ネクローシスの時期が、アミロイド細胞外凝集よりも前であることを、マウスモデル病理解析、ヒトMCI死後脳解析から明らかにした。さらに、ヒトiPS細胞由来神経細胞の解析も加え、超早期に神経細胞内部アミロイドがHippo経路最下流分子YAPと結合して生存維持シグナルが阻害されてTRIADが誘導されることも解明した。加えて、アルツハイマー病モデルマウス(APP-KIと5xFADマウスの２種)へのAAV-YAP脳内投与により、細胞内アミロイドを蓄積したTRIADネクローシスが抑制され、結果として、細胞外アミロイド凝集（老人斑）が減少するとともに、認知機能障害が改善することを示し、新たなアルツハイマー病治療を開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
HMGB1はネクローシス細胞死を起こした時に放出される (Scaffidi et al, Nature 2002)。そこで、患者髄液中のHMGB1を測定したところ、アルツハイマー病として診断される時期の髄液よりも、軽度認知障害(MCI)の患者髄液の方が、HMGB1がより高値であることを見出した。このことは発症前にすでに細胞死が活発に起きていることを示唆する。そこで、アルツハイマー病の２種類のモデルマウスを用いて、pSer46MARCKS抗体で進行中の神経細胞ネクローシスを検出し、現在進行形のネクローシスを定量したところ、認知機能障害を起こすより前に、なおかつ、細胞外アミロイド蓄積が見られる前から、ネクローシスが盛んに起きていることが明らかになった。そして、現在進行形ネクローシスは、発症前にピークがあるものの、発症後にも続いているということも示した。
また、ゲノム編集技術を用いてアルツハイマー病遺伝子変異を導入したヒトiPS細胞をから分化作成したヒト・アルツハイマー病ニューロンの詳細な観察から、このようなネクローシスは細胞内アミロイドがYAPタンパク質を巻き込んで、YAPの細胞生存維持作用が奪われるために生じる新しいタイプのネクローシス(TRIAD)※4であることが判明した。
さらに、YAP機能障害を正常化する目的で、AAV-YAPdC遺伝子治療をアルツハイマー病モデルマウス(APP-KIマウスと5xFADマウス)に対して行い、TRIADネクローシスの抑制、認知機能改善、そして、細胞外アミロイド蓄積の抑制を示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は死細胞・生細胞間シグナル伝達と２次的細胞変性の解明を行う。はじめに網羅的シグナル解析によって死細胞・生細胞間シグナル伝達経路を推定する。５種類のADモデルマウス、４種類のFTLDモデルマウス、さらに、２種類のハンチントン病(HD)モデルマウス（変異Htt-KIマウス、R6/2マウス）を用いて、網羅的リン酸化プロテオーム解析を行い、得られたリン酸化タンパク質変化をKEGGなどのシグナル経路特異的なデータベースを参照してデータマイニングして、新たな死細胞・生細胞間シグナル伝達経路を同定する。ADモデルマウス（APP-KI、5xFADマウス）について、網羅的リン酸化プロテオーム解析を行う。
インフォマティクス解析あるいは計算論解析から推定された新たな死細胞・生細胞間シグナル伝達経路について、免疫組織化学でどの神経細胞あるいはグリア細胞に生じているかを同定し、ウェスタンブロット法により定量的再確認を行う。さらに、凍結脳サンプルを用いた生化学的手法により、膜受容体以後のシグナル経路の確認を行う。
最終的に、シグナル経路の遮断をASO, siRNA, shRNA、抗体、あるいは低分子化合物などを用いて行い、細胞レベル、個体レベル（病理および認知機能等の行動解析）で回復が見られるかを検討し、候補シグナル経路の病的意義を実証する。これらの一連の手法は、私たちが最近５年頻用してきたアプローチ(Nat Commun 2013, Mol Psychiatry 2014, EMBO Mol Med 2014, Sci Rep 2016, Nat Commun 2017, Nat Commun 2018)であり、同様に解析を進める。
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| Remarks |
1.岡澤 均 2020.2.14 科学新聞に掲載。「アルツ病進行を左右 超早期の細胞死解明」
2.岡澤 均 2019.7.15日本経済新聞科学技術面に掲載。「脳の遺伝子治療治験進む アルツハイマーやALS海外先行、日本は量産課題」
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[Journal Article] YAP-dependent necrosis occurs in early stages of Alzheimer’s disease and regulates mouse model pathology2020
Author(s)
Tanaka H, Homma H, Fujita K, Kondo K, Yamada S, Jin X, Waragai M, Ohtomo G, Iwata A, Tagawa K, Atsuta N, Katsuno M, Tomita N, Furukawa K, Saito Y, Saito T, Ichise A, Shibata S, Arai H, Saido T, Sudol M, Muramatsu SI, Okano H, Mufson EJ, Sobue G, Murayama S, Okazawa H
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Pages: 507
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] The intellectual disability gene PQBP1 rescues Alzheimer's disease pathology2019
Author(s)
Hikari Tanaka, Kanoh Kondo, Xigui Chen, Hidenori Homma, Kazuhiko Tagawa, Aurelian Kerever, Shigeki Aoki, Takashi Saito, Takaomi Saido, Shin-ichi Muramatsu, Kyota Fujita, Hitoshi Okazawa
Organizer
NEURO2019
Int'l Joint Research
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