Alzheimer's disease related biomarkers in progressive supranuclear palsy

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K07991
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 春日 健作 新潟大学, 脳研究所, 助教 (70547546)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: CSFバイオマーカー / 進行性核上性麻痺 / PSP / tau / Aβ

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、進行性核上性麻痺(PSP)の診断に有用なバイオマーカーを確立させることである。申請者らは、PSP患者の脳脊髄液(CSF)内では、アルツハイマー病関連分子であるtauとβアミロイド(Aβ)が健常高齢者にくらべ低下していることを見出しており、本研究では、なぜPSP患者のCSF内でtauとAβが低下するのかを明らかにする。
昨年度は、PSPを含む124名のCSFを解析し、可溶性アミロイド前駆体蛋白断片(sAPPβ)は、Aβ1-38およびAβ1-40と強く相関し、Aβ1-42との相関は中等度であることを確認した。これは、CSF Aβ1-38およびAβ1-40は脳内でのAβ産生あるいは脳内からCSFへの移行をよく反映する一方、Aβ1-42は脳内の沈着の影響を受けやすいためと考えられた。このことは、PSPにおいてすべてのAβ種がCSF内で低下していることは、アルツハイマー病での脳内のAβ沈着とは異なる機序によることを支持する。さらにCSF内のニューロフィラメント軽鎖(NfL)の定量解析を行ったところ、従来、神経障害を反映することが報告されているCSF内のtauとの相関は弱かったことから、CSF tauは必ずしも神経障害を反映していないと考えられた。このことは、神経変性疾患であるPSP患者のCSFにおいてtauが低下している知見と矛盾しない結果であった。
今年度は、APPを安定発現するNeuro2a細胞に、PSP病理を呈することが報告されているヒト変異型tau遺伝子を導入し、野生型タウ遺伝子との比較を行った。変異型tau遺伝子の導入は、APPからAβの産生(プロセッシング)を低下させ、培養液中のAβ低下させた。このことから、神経細胞内にPSP病変に関与する異常tauが発現すると、Aβ産生が低下すること考えられ、PSP患者のCSF内でのAβ低下の機序を明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度は、ヒト脳脊髄液をもちいて、PSPに特異的なパターン、すなわちすべてのAβ分子種の低下、tauの低下、ならびにNfLの増加を確認した。さらに、sAPPβはAβ42との相関が他のAβ分子種にくらべ弱く、これはAβ42が脳内Aβ沈着を反映するためと考えられた。また、神経障害マーカーであるNfLとtauの相関は弱く、CSF tauは神経障害そのものを反映しているわけではないことを確認した。
今年度は、培養細胞によるin vitroの進行性核上性麻痺モデルを構築し、昨年度のヒトCSFでの解析結果を裏付ける結果を得られた。具体的には、ヒト変異型tau遺伝子をマウス神経芽細胞腫(Neuro2a)に導入すると、ヒト野生型tau遺伝子を導入した細胞にくらべ、アミロイド前駆体蛋白(APP)からAβの産生(プロセッシング)が低下し、培養液中のAβが低下することを確認した。

Strategy for Future Research Activity

今年度構築したin vitroの進行性核上性麻痺モデルをもちいて、細胞内での病的tauの発現による細胞外へのtau放出およびNfL放出への影響を確認する。具体的には、ヒトAPP安定発現Neuro2a細胞に、ヒト野生型および変異型tauのplasmidをもちいて遺伝子導入する。変異型tauには、PSPと同じく4リピートtauの蓄積を特徴とする家族性タウオパチーで同定されたp.N279Kをもちいる。ELISAにより培養液中のtauおよびNfLの定量を行う。実験が予定通り進まない場合は、(i)グルタミン酸をもちいた神経活動刺激、(ii)ヒトtau遺伝子導入マウス初代培養アストロサイトとの共培養、(iii)Neuro2a細胞をマウス初代培養ニューロンに置換、を検討する。
これにより、病的tauの発現が細胞外へのtau放出を減少させる一方、NfL放出を増加させる知見を得ることができれば、CSF Aβ, tau, およびNfLによるPSP診断の有用性を示すことが可能になると考えられる。
また、本研究開始以降に収集された脳脊髄液検体をもちいて、PSP特異的パターン、すなわちAβ42、Aβ40、Aβ38およびtauの低下と、NfLの上昇を他の疾患群と比較検証を行う。

Causes of Carryover

当初予定していた、国内外での学会発表がCOVID-19パンデミックにより行うことができず、そのための学会参加費、移動・宿泊費等を使用することがなかった。