2020 Fiscal Year Research-status Report
アミロイドβオリゴマー顕微解析によるアルツハイマー病薬効候補物質の役割の解明
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19K05207
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| Research Institution | Shiga University of Medical Science |
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Principal Investigator |
成瀬 延康 滋賀医科大学, 医学部, 准教授 (30350408)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田口 弘康 滋賀医科大学, 神経難病研究センター, 特任教授 (90102912)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | アルツハイマー病 / アミロイドβ / 走査トンネル顕微鏡 / クルクミン誘導体 / 電気泳動法 / 原子間力顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルツハイマー型認知症は、アミロイドβ（Aβ）の可溶性多量体（オリゴマー）の凝集がトリガーであるとの認識が高まっておりオリゴマー仮説と呼ばれる。Aβオリゴマーは、凝集力が高く、多様な構造が形成されて均一な結晶が作成し難いことから、回折法や分光法による分子・原子レベルの構造評価は容易ではなく、Aβオリゴマーの凝集メカニズムやどういった結合により凝集しているかに関する知見は未だ不明である。我々は、昨年度までに原子間力顕微鏡（AFM）と走査型トンネル顕微鏡（STM）によるAβオリゴマーの実空間顕微解析法を確立し、12量体に相当するAβオリゴマーの詳細な構造を明らかにできた。本年度は、さらに小さいAβモノマーやダイマー、さらにはテトラマーに相当する構造をSTMで観察することに取り組み、高分解能なSTMの観察像を得て論文にまとめている。さらに、可溶性であるAβオリゴマーを水溶液中で分解できる薬剤が候補としてクルクミン誘導体を電気泳動実験から見つけることができた。一方で、クルクミンではAβオリゴマーを分解しなかったことから、現在、その理由の考察に取り組んでいる。また、本実験において、これらクルクミン誘導体の有機化合物は難溶性であり、水溶液に溶けないことがin-vitroでの実験を困難にしていた。この問題を克服するため、アルコール系の溶剤を水溶液に混合し、有機化合物を水溶液に溶解させるなどの工夫が必要であるが、アルコール系溶剤自体がオリゴマーを分解する可能性がある。そのため、アルコール系溶剤がAβオリゴマー構造に影響を与えない限界濃度を電気泳動法とAFMを駆使しながら解明した。以上より、クルクミン誘導体がオリゴマー分解にはたらくメカニズムについて議論できる素地が整った。
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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
本年度は、さらに小さいAβモノマーやダイマー、さらにはテトラマーに相当する構造をSTMで観察することに取り組み、高分解能なSTMの観察像を得て論文にまとめている。さらに、可溶性であるAβオリゴマーを水溶液中で分解できる薬剤が候補としてクルクミン誘導体を電気泳動実験から見つけることができた。一方で、クルクミンではAβオリゴマーを分解しなかったことから、現在、その理由の考察に取り組んでいる。また、本実験において、これらクルクミン誘導体の有機化合物は難溶性であり、水溶液に溶けないことがin-vitroでの実験を困難にしていた。この問題を克服するため、アルコール系の溶剤を水溶液に混合し、有機化合物を水溶液に溶解させるなどの工夫が必要であるが、アルコール系溶剤自体がオリゴマーを分解する可能性がある。そのため、アルコール系溶剤がAβオリゴマー構造に影響を与えない限界濃度を電気泳動法とAFMを駆使しながら解明した。以上より、クルクミン誘導体がオリゴマー分解にはたらくメカニズムについて議論できる素地が整った。
当初は、Aβオリゴマーの構造評価を研究主体とする研究計画であったが、Aβオリゴマーを分解しうる薬効候補物質が見つかったことから、この薬効候補物質がなぜオリゴマーを分解できるのかその因子を解明することを最大の研究目標に据えた。その過程でAFMとSTMと透過電子顕微鏡によるオリゴマーの構造評価を行うこととし、オリゴマーの詳細な構造評価については来年度の課題とした。また、プローブ顕微鏡に光を照射して光吸収分光によるナノスケールイメージングに挑戦することでオリゴマーの構造に迫るよりも、STM観察と電気泳動実験に注力した方が成果が上がる可能性が高いため、当初計画していたナノ分光については断念することにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の最終目的は、近年開発されつつあるMRI用のAβイメージング有機物質（クルクミン誘導体）が、オリゴマーの構造に及ぼす影響を評価することである。実際に昨年度までの研究で、Aβオリゴマーを分解しうるクルクミン誘導体に目処がついたため、なぜそのクルクミン誘導体がオリゴマーを分解できるのか、その因子やオリゴマーの凝集・分解に関わる結合を特定するための研究を最終年度に計画している。Aβオリゴマーを分解しうるクルクミンの誘導体には、ケト形、エノール形に変わりうるタイプものであったが、本年度は、クルクミン誘導体を多数作り、どのような修飾子の影響が大きいのか、最適濃度はいくらか、オリゴマーの凝集に関わる結合を切断・分解する過程は何かについて、AFM,STM,TEM、電気泳動実験などから迫る予定である。Aβオリゴマーを分解しうる有機化合物の条件を明確にし、AD薬剤開発に向けた知見を得て、治療法確立への一助とする。
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