Development of the integrated therapeutic strategy aiming toward drug discovery and pharmacotherapy for treatment-resistant schizophrenia

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03392
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 吾郷 由希夫 広島大学, 医系科学研究科(歯), 教授 (50403027)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中澤 敬信 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (00447335) ; 近藤 昌夫 大阪大学, 大学院薬学研究科, 教授 (50309697) ; 鈴木 亮 帝京大学, 薬学部, 教授 (90384784)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 統合失調症 / コピー数変異 / 遺伝子改変マウス / iPS細胞 / ドラッグデリバリーシステム

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、神経ペプチド受容体であるVPAC2の遺伝子重複を有する統合失調症患者由来iPS細胞の活用と、VPAC2受容体の過剰活性化を病態基盤とするオリジナルなモデルマウス（個体・細胞）とを用いる双方向性トランスレーショナルリサーチの展開から、病態理解と創薬のための確度の高いモデルの確立を目指し、さらに、安全で有効な脳への新規ドラッグデリバリーシステムの基盤構築を通じて、臨床応用に資する薬物治療技術を開発することを目的としている。本年度は、in vitroの実験系を構築し、新規に同定したVPAC2受容体アンタゴニストペプチドKS-133の薬理学的プロファイル（細胞内シグナルへの影響）を明らかにし、また人工知能AlphaFold2と分子動力学シミュレーションを用いることで、ペプチド化合物の詳細なVPAC2受容体結合メカニズムの解明に成功した。さらに、この過程で、VPAC2受容体に存在するシステイン残基の新たな機能的役割を見いだした。臨床検体を用いた検討として、患者由来iPS細胞から作製した神経幹細胞の神経細胞への分化能を評価した。VPAC2受容体の遺伝子重複を有する患者由来神経幹細胞では、健常者と比べ、内因性リガンドである下垂体アデニル酸シクラーゼ活性化ポリペプチド（PACAP）ならびに血管作動性腸管ペプチド（VIP）処置後の分化神経細胞の割合が高いことを見いだした。さらに、薬物治療技術に関して、トリセルラータイトジャンクション（三細胞間密着結合）の構成蛋白質に着目した新たな脳内薬物送達法について検討を開始した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度では、新規VPAC2受容体アンタゴニストペプチドKS-133の詳細な薬理学的プロファイルを明らかにするため、VPAC2受容体遺伝子（VIPR2）の安定発現細胞株を作製し、細胞内シグナル経路に与える影響を解析した。そのなかで、KS-133がVPAC2受容体を介するホスファチジルイノシトール3キナーゼ（PI3K）の活性化を抑制することを見いだした（Asano et al., Front Oncol 12: 852358, 2022）。さらに、KS-133がVPAC2受容体阻害作用を示す構造生物学的メカニズムを解明するため、人工知能AlphaFold version 2.0と分子動力学シミュレーションを用いて検討を行った。その結果、KS-133と内因性リガンドであるVIPはともにヘリックス構造であり、VPAC2受容体上の相互作用残基が共通していることを確認できた。一方、受容体結合時のKS-133とVIPのヘリックスの角度が、約45度異なっていた。すなわち、KS-133とVIPは、異なる配向でVPAC2受容体に結合していることが明らかになった（Sakamoto et al., Biochem Biophys Res Commun 636: 10-16, 2022）。また、精神疾患におけるVPAC2受容体の病態的意義の解明を目指し、神経幹/前駆細胞特異的にVPAC2受容体を過剰発現する独自の遺伝子改変マウスを作製した。行動学的解析から、本マウスが感覚情報処理機能の障害や記憶能の低下を示すこと、さらに海馬体積が減少していることを発見した（Ago et al., Exp Neurol 362: 114339, 2023）。以上、本年度は予定通り研究が進捗し、その成果の一部について、国内ならびに国際学会において発表、そして国際学術誌に公表できたことから、概ね順調に進展していると評価する。

Strategy for Future Research Activity

今後は、創製してきたVPAC2受容体アンタゴニストペプチドの安全性に関する基礎的知見を得るとともに、ペプチド投与時の脳内分布について検討し、薬効発現との関係性を解析する。またアミノ酸置換体や異なるペプチドとの結合体などを作製して、末梢からの中枢移行性を向上させる方法論について、引き続き検討を行う。また、統合失調症患者由来iPS細胞から作製した神経細胞において、多点電極装置等を用いた電気生理実験により、病態機序における回路レベルの考察を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of California Los Angeles(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of California Los Angeles
• [Journal Article] Roles of the monoaminergic system in the antidepressant effects of ketamine and its metabolites (2023)
  • Author(s): Ago Y, Yokoyama R, Asano S, Hashimoto H
  • Journal Title: Neuropharmacology Volume: 223 Pages: 109313
  • DOI: 10.1016/j.neuropharm.2022.109313
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vasoactive intestinal peptide receptor 2 signaling promotes breast cancer cell proliferation by enhancing the ERK pathway (2023)
  • Author(s): Asano S, Ono A, Sakamoto K, Hayata-Takano A, Nakazawa T, Tanimoto K, Hashimoto H, Ago Y
  • Journal Title: Peptides Volume: 161 Pages: 170940
  • DOI: 10.1016/j.peptides.2023.170940
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Overexpression of VIPR2 in mice results in microencephaly with paradoxical increased white matter volume (2023)
  • Author(s): Ago Y, Van C, Condro MC, Hrncir H, Diep AL, Rajbhandari AK, Fanselow MS, Hashimoto H, MacKenzie-Graham AJ, Waschek JA
  • Journal Title: Experimental Neurology Volume: 362 Pages: 114339
  • DOI: 10.1016/j.expneurol.2023.114339
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] メスマウスを用いたうつ様行動の新しい評価法 (2023)
  • Author(s): 吾郷由希夫, 浅野智志
  • Journal Title: 日本薬理学雑誌 Volume: 158 Pages: 35-38
  • DOI: 10.1254/fpj.22101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physicochemical and Biochemical Evaluation of Amorphous Solid Dispersion of Naringenin Prepared Using Hot-Melt Extrusion (2022)
  • Author(s): Ishimoto K, Shimada Y, Ohno A, Otani S, Ago Y, Maeda S, Lin B, Nunomura K, Hino N, Suzuki M, Nakagawa S
  • Journal Title: Frontiers in Nutrition Volume: 9 Pages: 850103
  • DOI: 10.3389/fnut.2022.850103
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prenatal exposure to valproic acid causes allodynia associated with spinal microglial activation (2022)
  • Author(s): Imado E, Samnang S, Abawa AR, Tahara T, Kochi T, Huynh TNB, Asano S, Hasebe S, Nakamura Y, Hisaoka-Nakashima K, Kotake Y, Irifune M, Tsuga K, Takuma K, Morioka N, Kiguchi N, Ago Y
  • Journal Title: Neurochemistry International Volume: 160 Pages: 105415
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2022.105415
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Phospholipase C-related catalytically inactive protein enhances cisplatin-induced apoptotic cell death (2022)
  • Author(s): Asano S, Maetani Y, Ago Y, Kanematsu T
  • Journal Title: European Journal of Pharmacology Volume: 933 Pages: 175273
  • DOI: 10.1016/j.ejphar.2022.175273
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Vasoactive intestinal peptide-VIPR2 signaling regulates tumor cell migration (2022)
  • Author(s): Asano S, Yamasaka M, Ozasa K, Sakamoto K, Hayata-Takano A, Nakazawa T, Hashimoto H, Waschek JA, Ago Y
  • Journal Title: Frontiers in Oncology Volume: 12 Pages: 852358
  • DOI: 10.3389/fonc.2022.852358
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] AlphaFold version 2.0 elucidates the binding mechanism between VIPR2 and KS-133, and reveals an S-S bond (Cys25-Cys192) formation of functional significance for VIPR2 (2022)
  • Author(s): Sakamoto K, Asano S, Ago Y, Hirokawa T
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 636 Pages: 10-16
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.10.071
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 精神疾患の治療を目指したVIPR2阻害剤の中分子創薬 (2023)
  • Author(s): 吾郷由希夫, 山田めゐ, 宮岡辰典, 陳 露, 石本憲司, 樋野展正, 中川晋作, 坂元孝太郎, 浅野智志
  • Organizer: 日本薬学会第143年会
• [Presentation] ヒト染色体3q29領域欠失を導入した自閉スペクトラム症モデルマウスの社会性行動異常はオキシトシンの投与により回復する (2023)
  • Author(s): 竹本智哉, 馬場優志, 北川航平, 永安一樹, 勢力 薫，早田敦子, 笠井淳司, 吾郷由希夫, 田熊一敞, 橋本亮太, 橋本 均, 中澤敬信
  • Organizer: 日本薬学会第143年会
• [Presentation] Activation of the rostral agranular insular cortex is involved in the antidepressant actions of arketamine (2022)
  • Author(s): Yukio Ago, Rei Yokoyama, Atsushi Kasai, Masato Tanuma, Misuzu Hayashida, Yuto Shimazaki, Momoko Higuchi, Hisato Igarashi, Kaoru Seiriki, Shun Yamaguchi, Takanobu Nakazawa, Kenji Hashimoto, Hitoshi Hashimoto
  • Organizer: The 61st Annual Meeting of the American College of Neuropsychopharmacology (ACNP)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Claustrum mediates stress-induced anxiety responses and stress resistance (2022)
  • Author(s): Hitoshi Hashimoto, Misaki Niu, Masato Tanuma, Kaoru Seiriki, Yukio Ago, Shun Yamaguchi, Atsushi Kasai
  • Organizer: The 61st Annual Meeting of the American College of Neuropsychopharmacology (ACNP)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Agranular insular cortex mediates the antidepressant actions of arketamine (2022)
  • Author(s): Rei Yokoyama, Yukio Ago, Atsushi Kasai, Masato Tanuma, Misuzu Hayashida, Yuto Shimazaki, Momoko Higuchi, Hisato Igarashi, Kaoru Seiriki, Shun Yamaguchi, Takanobu Nakazawa, Kenji Hashimoto, Hitoshi Hashimoto
  • Organizer: The 51st Annual Meeting of the Society for Neuroscience (Neuroscience 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Intranasal oxytocin administration suppresses social contact-induced neural activity in a POGZ-Q1038R mutant mouse model of autism spectrum disorder (2022)
  • Author(s): Kohei Kitagawa, Masayuki Baba, Tomoya Takemoto, Masato Tanuma, Misuzu Hayashida, Shun Yamaguchi, Yukio Ago, Kaoru Seiriki, Atsuko Hayata-Takano, Kazuhiro Takuma, Atsushi Kasai, Hitoshi Hashimoto, Takanobu Nakazawa
  • Organizer: The 51st Annual Meeting of the Society for Neuroscience (Neuroscience 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] KS-133, a novel peptide antagonist targeting VIPR2 for the treatment of schizophrenia (2022)
  • Author(s): Yukio Ago, Kotaro Sakamoto, Satoshi Asano
  • Organizer: VPAC ISBAP 2022 (Joint symposium of the 1st Meeting of the International Society for Bioactive Peptides and the 15th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The VIP/VIPR2 pathway regulates breast cancer cell migration (2022)
  • Author(s): Satoshi Asano, Misa Yamasaka, Kairi Ozasa, Kotaro Sakamoto, Atsuko Hayata-Takano, Takanobu Nakazawa, Hitoshi Hashimoto, James A. Waschek, Yukio Ago
  • Organizer: VPAC ISBAP 2022 (Joint symposium of the 1st Meeting of the International Society for Bioactive Peptides and the 15th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neuron-specific overexpression of human VPAC2 receptors in mice causes cognitive dysfunction (2022)
  • Author(s): Ami Ono, Daichi Koan, Satoshi Asano, Tatsunori Miyaoka, Lu Chen, Mei Yamada, Shinsaku Nakagawa, Atsuko Hayata-Takano, Takanobu Nakazawa, Akihiro Harada, Hitoshi Hashimoto, James A. Waschek, Yukio Ago
  • Organizer: VPAC ISBAP 2022 (Joint symposium of the 1st Meeting of the International Society for Bioactive Peptides and the 15th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Impaired neurodevelopment in iPS cell-derived neural stem cells from psychiatric patients with 7q36.3 microduplication (2022)
  • Author(s): Kohei Kitagawa, Masayuki Baba, Tomoya Takemoto, Kazuki Nagayasu, Atsushi Kasai, Kazuhiro Takuma, Ryota Hashimoto, Hitoshi Hashimoto, Yukio Ago, Takanobu Nakazawa
  • Organizer: VPAC ISBAP 2022 (Joint symposium of the 1st Meeting of the International Society for Bioactive Peptides and the 15th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自閉スペクトラム症の新しい治療戦略：社会性障害の回復機構における脳部位特異的オピオイドシステムバランスの役割 (2022)
  • Author(s): 吾郷由希夫
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会・第43回日本臨床薬理学会学術総会 合同大会
  • Invited
• [Presentation] 自閉スペクトラム症の病態基盤解明と創薬を目指して (2022)
  • Author(s): 吾郷由希夫
  • Organizer: 第39回日本障害者歯科学会
  • Invited
• [Presentation] A potential role of neuropeptide receptor VIPR2 signaling in tumor cell migration (2022)
  • Author(s): Satoshi Asano, Misa Yamasaka, Kairi Ozasa, James Waschek, Yukio Ago
  • Organizer: 第55回広島大学歯学会総会
• [Presentation] Abnormal pain sensitivity associated with spinal microglial activation in a prenatal valproic acid-induced mouse model of autism (2022)
  • Author(s): Eiji Imado, Sun Samnang, Abrar Rizal Abawa, Satoshi Asano, Kazuhiro Tsuga, Masahiro Irifune, Yukio Ago
  • Organizer: 第55回広島大学歯学会総会
• [Presentation] マウス胎生期のバルプロ酸曝露は脊髄でのミクログリアの増殖とアロディニアを引き起こす (2022)
  • Author(s): 吾郷由希夫, 今戸瑛二, Samnang Sun, 中村庸輝, 中島一恵, 森岡徳光, 田熊一敞, 木口倫一, 浅野智志
  • Organizer: Neuro2022 (第45回日本神経科学大会・第65回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会 合同大会)
• [Presentation] Possible role of histone deacetylase inhibition in tactile hypersensitivity in a mouse model of autism spectrum disorder (2022)
  • Author(s): Samnang Sun, Eiji Imado, Tran Ngoc Bao Huynh, Yoki Nakamura, Kazue Hisaoka-Nakashima, Norimitsu Morioka, Norikazu Kiguchi, Satoshi Asano, Yukio Ago
  • Organizer: 第37回創薬・薬理フォーラム岡山
• [Presentation] 神経ペプチド受容体VIPR2はPI3K経路を介してがん細胞遊走を制御する (2022)
  • Author(s): 浅野智志, 吾郷由希夫
  • Organizer: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 自閉スペクトラム症モデルマウスにおける持続的なアロディニアの発現と脊髄内ミクログリア活性化の関与 (2022)
  • Author(s): 今戸瑛二, 入舩正浩, 吾郷由希夫
  • Organizer: 第50回日本歯科麻酔学会総会・学術集会
• [Presentation] 鎮痛作用を示さない低用量μオピオイド受容体アゴニストは自閉スペクトラム症モデルマウスの社会性行動障害を改善する (2022)
  • Author(s): 吾郷由希夫, 内藤 恵, 川瀬啓生, 樋口桃子, 山川英訓, 大波壮一郎, 小川公一, 中邨篤史, 河内貴弘, 今戸瑛二, 田原 孟, 浅野智志, 古武弥一郎, 田熊一敞, 橋本 均
  • Organizer: 第44回日本生物学的精神医学会年会、第32回日本臨床精神神経薬理学会年会、第52回日本神経精神薬理学会年会、第6回日本精神薬学会総会・学術集会 4学会合同年会（BPCNPNPPP4学会合同年会）
• [Presentation] 胎生期のヒストン脱アセチル化酵素阻害は脊髄ミクログリアの活性化と機械的アロディニアを引き起こす (2022)
  • Author(s): 今戸瑛二, Sun Samnang, Huynh Ngoc Bao Tran, 中村庸輝, 中島一恵, 森岡徳光, 木口倫一, 浅野智志, 吾郷由希夫
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会
• [Presentation] TRPV1アンタゴニストAMG517は胎生期バルプロ酸投与誘発の自閉症モデルマウスにおいて痛覚感受性の異常と社会性行動障害を改善する (2022)
  • Author(s): 田原 孟, 今戸瑛二, 川瀬啓生, 樋口桃子, 山川英訓, 小川公一, 古武弥一郎, 田熊一敞, 橋本 均, 浅野智志, 吾郷 由希夫
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会
• [Presentation] PLC様タンパク質PRIP1のPH domain内包リポソームはシスプラチン耐性乳ガン細胞のアポトーシス細胞死を促進する (2022)
  • Author(s): 浅野智志, 吾郷由希夫, 兼松 隆
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会
• [Presentation] アールケタミンの抗うつ作用発現には島皮質が関与する (2022)
  • Author(s): 横山 玲, 吾郷由希夫, 笠井淳司, 田沼将人, 林田美鈴, 島﨑雄人, 樋口桃子, 五十嵐久人, 勢力 薫, 山口 瞬, 中澤敬信, 橋本謙二, 橋本 均
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会
• [Remarks] 広島大学歯学部細胞分子薬理学
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/dent/research/lab/dentistry/Cellular_and_Molecular_Pharmacology
• [Remarks] 広島大学研究者総覧
  • URL: https://seeds.office.hiroshima-u.ac.jp/profile/ja.a6cd938e58eb0f72520e17560c007669.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 癌転移抑制用のＶＩＰＲ２アンタゴニストペプチド (2022)
  • Inventor(s): 吾郷由希夫, 浅野智志, 坂元孝太郎
  • Industrial Property Rights Holder: 吾郷由希夫, 浅野智志, 坂元孝太郎
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2022-27791