2022 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 同志社大学, 脳科学研究科, 准教授 (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 / オルガノイド / 生薬成分 / 神経保護 / 化合物 / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルツハイマー病の発症機序として、脳内でのアミロイドβ（Aβ）の蓄積が原因であると考えられている。特にAβの低分子量複合体（オリゴマー）が神経毒性を示す本体として捉えられており、これはオリゴマー仮説と呼ばれている。一方、アルツハイマー病でのマイネルト基底核から大脳全体に投射するコリン作動性神経が極早期に障害されることもアルツハイマー病の特徴とされており、これをコリン仮説という。しかしながら、極めて高い凝集性の高いAβはオリゴマー状態を経てすぐにAβ繊維へと高度に凝集することから、安定的なオリゴマーの解析を難しくし、また、ヒトコリン作動性神経の入手は困難なことから、これらの仮説を取り入れたアルツハイマー病の適切なモデル系はなく、以てこれらの仮説も証明されていない。
本研究では、ヒトiPS細胞を用いてヒトコリン作動性神経を作製し、isoAβと呼ばれる中性条件で初めて凝集を開始するAβを用いることで安定的なAβオリゴマー誘発ヒトコリン作動性神経細胞死モデルを構築した。また、isoAβからAβオリゴマーを作製して、分離ビーズと結合させることで生薬成分からAβオリゴマーに結合性を示すPlantinoside Bを単離し、その神経保護メカニズムや記憶障害改善作用を見出し、さらに放射線同位体を結合させて脳切片上のAβを検出できることを見出した。アルツハイマー病の診断と治療を可能とするセラノスティクスの開発に向けたシード研究としてさらなる発展が期待される。
さらに、本年度は、神経保護や脳内免疫担当細胞ミクログリアの機能制御に深く関与するニコチン受容体をターゲットとしたアルツハイマー病の診断や治療への応用について近年の知見をまとめ、総説として報告した。また、脳免疫を解析できるヒト脳オルガノイドモデルの作製を進めており、特にアルツハイマー病研究への応用に向けた解析を実施している。
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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
2022年度において、アルツハイマー病のオリゴマー仮説やコリン仮説に根差した細胞死モデルを構築することができ、さらに生薬成分から神経保護作用やアルツハイマー病の診断にも応用が期待される低分子量化合物を見出すことができた。また、脳免疫を解析することのできる脳オルガノイドの作製にも着手しており、良好な結果を得ていることから、これらのモデル系やシード化合物を駆使して脳内免疫環境を解析することで、アルツハイマー病への治療や診断を目指した基盤研究としての成果が見込まれる。
一方では、ミクログリアやニコチン受容体について近年の知見をまとめて総説とした成果を踏まえ、ミクログリアの機能制御についてさらなる解析を進めており、特にニコチン受容体のα7サブタイプのフルアゴニストがミクログリアの機能に影響して、神経細胞とのインタラクションを変化させる機能を有することを見出している。この変化について網羅的遺伝子解析を実施して解析していることから、より具体的な分子をターゲットして、α7ニコチン受容体の活性化を介したミクログリアの機能変化を捉えることができると予想している。
さらに、ニコチン受容体がミクログリアの発生過程にも影響することで、神経細胞の発達を制御する知見が得られており、その責任ニコチン受容体サブタイプの同定もほぼ終了している。上述のように本研究を支えるモデル系の構築が完了しており、より具体的な分子を捉える実験が着実に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
CRISPR/Cas9システムにより、ヒトiPS細胞において網羅的にニコチン受容体サブユニットのノックアウト細胞株を作製し、iPS細胞由来ミクログリアの発生や機能に影響を生じさせる責任サブユニットを同定する。またその機能不全ミクログリアを脳免疫の機能不全と捉えて、これまでに構築した脳オルガノイドに導入し、神経細胞の発達や機能への影響を解析する。その手法として、RNAseq、ライトシート顕微鏡ほか最新の技術を使用した解析を実施する。また、妊娠マウスへのニコチン受容体関連試薬を投与することで、胎仔脳を解析し、ミクログリアの数や機能への影響を解析して、脳免疫の変化がどのように神経細胞へ影響するのか解析する。これはアルツハイマー病のみならず、脳発達に関わる脳疾患（自閉症やダウン症）に対する研究として応用できると考えられ、さらなる研究成果への発展が期待できる。また、iPS細胞由来ミクログリアにニコチン関連試薬を処置して、ミクログリアそのものの機能変化や、脳オルガノイドにAβを処置することで構築した神経変性解析モデルとの組み合わせにより、ミクログリアのニコチン受容体活性制御による脳免疫の機能変化を介した神経保護作用を解析する。
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[Journal Article] Plantainoside B in Bacopa monniera binds to Aβ aggregates attenuating neuronal damage and memory deficits induced by Aβ2023
Author(s)
Aina Fukuda, Souichi Nakashima, Yoshimi Oda, Kaneyasu Nishimura, Hidekazu Kawashima, Hiroyuki Kimura, Takashi Ohgita, Eri Kawashita, Keiichi Ishihara, Aoi Hanaki, Mizuki Okazaki, Erika Matsuda, Yui Tanaka, Seikou Nakamura, Takahiro Matsumoto, Satoshi Akiba, Hiroyuki Saito, Hisashi Matsuda, Kazuyuki Takata
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Journal Title
Biol. Pharm. Bull.
Volume: 46
Pages: 320-333
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Bacopa monnieraに含有されるAβ結合物質plantainoside BによるAβ凝集体の検出と神経保護作用2023
Author(s)
福田愛菜, 中嶋聡一, 尾田好美, 西村周泰, 河嶋秀和, 木村寛之, 扇田隆司, 河下映里, 石原慶一, 花木葵, 岡崎瑞紀, 松田英里香, 田中雪衣, 中村誠宏, 松本崇宏, 秋葉聡, 斎藤博幸, 松田久司, 高田和幸
Organizer
日本薬学会第143年会
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