2019 Fiscal Year Research-status Report
Pathogenesis role of programmed cell death-1 in Parkinson's disease mouse model
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19K22603
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| Research Institution | Juntendo University |
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Principal Investigator |
服部 信孝 順天堂大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (80218510)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 栄人 順天堂大学, 医学部, 准教授 (00445537)
波田野 琢 順天堂大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (60338390)
森 聡生 順天堂大学, 医学部, 助教 (60782878)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | パーキンソン病 / Programmed cell death-1 / 制御性T細胞 / α-シヌクレイン / 腸脳連関 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パーキンソン病（PD）の原因タンパクとして考えられているα-シヌクレイン(AS)が、腸から迷走神経を介して脳へ伝播する事が報告され、腸内細菌叢の変化や全身炎症がAS凝集を引き起こし病態へ関与している可能性が提唱されている。また免疫チェックポイント関連分子であるProgrammed cell death-1（PD-1）をブロックすると、制御性T細胞に作用し腸内の炎症を惹起することが知られている。そこで、PD-1の機能障害により、脳のみならず腸を通じて炎症が全身に広がり、AS凝集を惹起しPD発症に関連すると仮説を立て実験を遂行した。まずProgrammed cell death-1（PD-1）ノックアウト（KO）マウスとヒトASトランスジェニック（BAC Tg-SNCA）マウスを交配しPD-1KO/BAC Tg-SNCAを作成した。野生型（WT）、PD-1KO、BAC Tg-SNCA、PD-1KO/ BAC Tg-SNCA の4群で検討を開始し、40週齢程度までの加齢マウスについて行動解析、脳内におけるASの蓄積、チロシンハイドロキシラーゼ陽性（TH）神経細胞の脱落など検討したが、4群いずれも群間における有意差は認めなかった。今後、より加齢させた高齢マウスで検討を行うことを予定している。さらにPDにおいて関連がある炎症性サイトカインIL-1β、IL-6、TNF-αについて検討を行ったところ、IL-1βがWTと比較し、PD-1KOでは約1.3倍、PD-1KO/ BAC Tg-SNCAでは約2倍程度に増加する傾向があった。PD-1をブロックすることに加え、ASが存在することで、脳内における炎症が惹起される可能性が示唆された。
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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
当初の予定通り、まずPD-1KOマウスとBAC Tg-SNCAマウスから交配しPD-1KO/BAC Tg-SNCAを作成し、加齢による運動症状の出現、脳内でのα-シヌクレインの蓄積やチロシンハイドロキシラーゼ陽性細胞の脱落、また炎症サイトカインの変化を解析した。まず8週齢から40週齢まで経時的に体重の増減と、ロータロッドによる運動機能の評価では、野生型（WT）、PD-1KO、BAC Tg-SNCA、PD-1KO/ BAC Tg-SNCAの4群でいずれも群間における有意差は認めなかった。次に、各群のマウス脳切片を抗AS抗体、抗リン酸化AS抗体での解析ではいずれの群においても明らかなAS凝集体やリン酸化ASは認めなかった。またTH抗体での解析では中脳黒質部の細胞脱落の程度を観察したがいずれの群においても明らかな脱落は認めなかった。さらに、各群のマウス中脳についてELISA法によりIL-1β、IL-6、TNF-αの測定を行ったところ、IL-1βがWTと比較し、PD-1KOでは約1.3倍、PD-1KO/ BAC Tg-SNCAでは約2倍程度に増加する傾向があった。また、孤発型PDにおいて最も頻度の高いリスク遺伝子として知られるグルコセレブロシダーゼ（GBA）遺伝子変異（L444Pヘテロ接合体）マウスとPD-1KOマウスの交配を開始する。GBA遺伝子変異型マウスも脳内のみならず全身臓器における炎症性変化が報告されており、PD-1KOマウスとの交配により、より強い全身炎症が惹起される可能性がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
PD-1KO、PD-1KO/BAC Tg-SNCAマウスは40週齢における運動症状や、脳内でのAS凝集、TH陽性神経脱落が観察されなかったことより、さらなる加齢変化の観察が必要と考えられる。そのため、70週程度まで長期の加齢変化を観察し検討を行う。また、上記マウスではPD関連炎症サイトカインの上昇傾向を認めていることから、脳内の炎症性変化が想定され、今後n=4まで個体数を増やし炎症性サイトカインのみならず、活性型ミクログリアの増生や、末梢組織から脳内への単球、Tリンパ球の浸潤など免疫学的評価を追加し、脳内炎症の程度をより詳細に解析する。また現在進んでいるGBA遺伝子変異マウスとPD-1KOマウスとの交配によって得られる個体を追加し、その運動症状や脳内での免疫組織学的なAS凝集や、微量なASシードを検出できるReal-time quaking-induced conversion法を用いた解析、炎症性変化も検討する。腸管や全身の炎症を評価するために腸内細菌叢の解析や、末梢血における炎症性サイトカインの解析を行うことで、全身の免疫変化がPD病態と関連することを実証する。
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| Causes of Carryover |
初年度の予算使用開始時期が、2019年9月中旬からであり、当初の計画より初年度に行う実験の時期がずれ込んでしまったため次年度使用額が発生した。しかしながら、PD-1KOマウス、PD-1KO/BAC Tg-SNCAマウスの免疫組織学的・生化学的解析まで行い、一定の知見は得られており、実験の大幅な遅れには至っていない。今後の使用計画としては、計画通り、GBA遺伝子変異マウスの作成と交配を行い、順次PD-1KOマウス、BAC Tg-SNCAマウスと合わせて解析を進め、遅れを取り戻すよう最大限推し進める。
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[Journal Article] Variants in saposin D domain of prosaposin gene linked to Parkinson's disease2020
Author(s)
Oji Y, Hatano T, Ueno SI, Funayama M, Ishikawa KI, Okuzumi A, Noda S, Sato S, Satake W, Toda T, Li Y, Hino-Takai T, Kakuta S, Tsunemi T, Yoshino H, Nishioka K, Hattori T, Mizutani Y, Mutoh T, Yokochi F, Ichinose Y, Koh K, Farrer MJ, Uchiyama Y, Akamatsu W, Wu YR, Matsuda J, Hattori N, et al.
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Journal Title
Brain.
Volume: 143
Pages: 1190-1205
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A metabolic profile of polyamines in parkinson disease: A promising biomarker.2019
Author(s)
Saiki S, Sasazawa Y, Fujimaki M, Kamagata K, Kaga N, Taka H, Li Y, Souma S, Hatano T, Imamichi Y, Furuya N, Mori A, Oji Y, Ueno SI, Nojiri S, Miura Y, Ueno T, Funayama M, Aoki S, Hattori N.
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Journal Title
Ann Neurol.
Volume: 86
Pages: 251-263
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Metabolomics-based identification of metabolic alterations in PARK2.2019
Author(s)
Okuzumi A, Hatano T, Ueno SI, Ogawa T, Saiki S, Mori A, Koinuma T, Oji Y, Ishikawa KI, Fujimaki M, Sato S, Ramamoorthy S, Mohney RP, Hattori N.
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Journal Title
Ann Clin Transl Neurol.
Volume: 6
Pages: 525-536
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Plasma metabolite biomarkers for multiple system atrophy and progressive supranuclear palsy.2019
Author(s)
Mori A, Ishikawa KI, Saiki S, Hatano T, Oji Y, Okuzumi A, Fujimaki M, Koinuma T, Ueno SI, Imamichi Y, Hattori N.
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Journal Title
PLoS One.
Volume: 14
Pages: e0223113.
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Parkinson's disease-associated iPLA2-VIA/PLA2G6 regulates neuronal functions and α-synuclein stability through membrane remodeling.2019
Author(s)
Mori A, Hatano T, Inoshita T, Shiba-Fukushima K, Koinuma T, Meng H, Kubo SI, Spratt S, Cui C, Yamashita C, Miki Y, Yamamoto K, Hirabayashi T, Murakami M, Takahashi Y, Shindou H, Nonaka T, Hasegawa M, Okuzumi A, Imai Y, Hattori N.
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Journal Title
Proc Natl Acad Sci U S A.
Volume: 116
Pages: 20689-20699
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] パーキンソン病・PARK2患者におけるバイオマーカーとしての酸化型アルブミン.2019
Author(s)
上野真一, 波田野琢, 奥住文美, 斉木臣二, 王子悠, 森聡生, 濃沼崇博, 藤巻基紀, 安川惠子, 矢冨裕, 池田均, 服部信孝.
Organizer
第13回パーキンソン病・運動障害学会コングレス
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[Presentation] Serum non-mercaptalbumin as a potential biomarker in Parkinson’s disease and related disorders2019
Author(s)
Ueno SI, Hatano T, Okuzumi A, Saiki S, Oji Y, Mori A, Koinuma T, Fujimaki M, Takeshige-Amano H, Yasukawa K, Yatomi Y, Ikeda H, Hattori N.
Organizer
23rd International Congress of Parkinson’s Disease and Movement Disorders. Sep 22-26, Nice, France.
Int'l Joint Research
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