2021 Fiscal Year Annual Research Report
脳内免疫環境変化の解析によるアルツハイマー病の病態解明と治療への応用
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20H03569
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| Research Institution | Kyoto Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
高田 和幸 京都薬科大学, 薬学部, 教授 (10434664)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石原 慶一 京都薬科大学, 薬学部, 准教授 (80340446)
西村 周泰 京都薬科大学, 薬学部, 助教 (90527889)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | アルツハイマー病 / アミロイドβ / ミクログリア / 貪食 / 疾患関連ミクログリア / 多様性 / ヒト人工多能性幹細胞 / 線条体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルツハイマー病ではマイネルト核のアセチルコリン作動性神経細胞が選択的に脱落することがよく知られているが、それと相関する線条体での大型神経細胞の選択的脱落も報告されている。アルツハイマー病での神経細胞死のメカニズム解析のためにも、脳内環境を再現できる多能性幹細胞技術を応用したin vitroヒト神経細胞モデルの構築は有用である。
本研究では、デュアルSMAD阻害により、ヒト人工多能性幹細胞（hiPSC）から線条体神経細胞を、二次元および三次元培養条件下で低分子化合物を用いて作製した。二次元培養では、分化誘導過程で線条体の遺伝子が順次発現し、電気活動性を示す線条体神経細胞を誘導できることが分かった。また、三次元培養に適用したところ、発達中の線条体に似た遺伝子発現プロファイルと細胞層構成を示す線条体ニューロスフィアを作製できた。このhiPSCから線条体神経細胞への分化誘導プロトコルは、アルツハイマー病での神経細胞死のメカニズム解析にも活用できるものと考えられる。また、将来的に別途作製した多能性幹細胞由来ミクログリアと共培養することで、脳内免疫環境の解析に適用可能なプロトコルとして期待される。
一方、脳内免疫担当細胞ミクログリアについて、「アルツハイマー病におけるミクログリアの役割と、治療介入のターゲットとしてのミクログリアの不均質性に関する新しい知見」について、アルツハイマー病におけるミクログリアの役割についての研究をオーバービューし、さらに、近年見つかったdisease-associated microgliaについての最新の知見についてまとめた。また、神経疾患に対して、薬物療法と細胞移植の併用により期待される幹細胞を用いた再生治療法について近年の成果をレビューし、脳免疫との関りについても考察した。
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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
2021年度において、アルツハイマー病での神経細胞死メカニズムや脳免疫環境の解析にも応用できるhiPSC由来神経細胞モデルが構築できた。また、脳内免疫を担うミクログリアとアルツハイマー病についての最新の知見や、薬物療法と細胞移植との併用による脳疾患治療効果の促進についての研究について、それぞれ総説としてまとめた。これらは、本研究の遂行においても多くのヒントやブレイクスルーを提供するものであり、有用である。
ミクログリアの生存に必須となるCSF1受容体の阻害薬を混ぜた餌をマウスに与え、脳内のミクログリアを枯渇させる実験系を初年度から継続している。今年度は、枯渇後にさらにX線照射による造血系を破壊した後に骨髄細胞を尾静脈より移植することで、脳の広範囲に渡って単球由来のマクロファージを脳内に送達できることを確認した。既報を改変したプロトコルを用いて、末梢から脳内への細胞送達が当研究室でも再現できることが確認できたため、現在iPSC由来の原始マクロファージの末梢からの脳内送達に応用できるか否か解析を実施している。これに成功すれば、アルツハイマー病脳病態で変化する脳免疫環境を、iPSC由来の原始マクロファージを末梢から移植することでリセットモデル系が構築でき、治療応用を目指した実験に応用することができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の成果として、多能性幹細胞を用いたin vitro神経細胞／オルガノイドモデルの作製が可能となったことより、同じく多能性幹細胞由来の原始マクロファージを作製して共培養することで新たなin vitroモデルを作り出し、脳内免疫環境変化とアルツハイマー病病態の関連性を解析するツールとして活用する。また、当研究室でも、CSF1受容体の阻害薬での脳内ミクログリア枯渇とX線照射の組み合わせにより、末梢血中へ投与した単球由来マクロファージを広範囲に渡って脳内に送達できたことから、多能性幹細胞由来原始マクロファージの脳内移植に応用できるのかどうか解析する。脳送達が成功すれば、アルツハイマー病モデルマウスにiPS細胞由来原始マクロファージを脳内に投与して、脳内免疫環境のをリセットした場合に、脳病態や認知機能がどのように変化するのか解析を進める。 その解析において（1）認知機能は新規物体認識試験やY迷路、モリス水迷路により解析する。（2）免疫組織学的解析や画像解析により、移植して生着した原始マクロファージの数や形態学的変化を解析する。（3）ソーティングした細胞やダイセクションした脳組織を用いてRNAシークエンスで網羅的遺伝子発現解析を実施する。（4）各種脳内タンパク質量の変化はELISAやWestern Blottingによって解析する。
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Research Products
(9 results)
