2021 Fiscal Year Research-status Report
Role of Reelin/Ephrin pathway for improvement of cognitive function of dementia animals by cell transplantation remedy
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21K07529
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| Research Institution | St. Marianna University School of Medicine |
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Principal Investigator |
高井 憲治 聖マリアンナ医科大学, 医学部, 教授 (60121167)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 潤 聖マリアンナ医科大学, 医学部, 准教授 (30509964)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 認知症 / hiPS由来神経前駆細胞 / 細胞移植 / Reelin / Eph/Ephrin経路 / Reelin分泌細胞 / 海馬治療 / 神経再生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
わが国の認知症罹病者は2020年に約630万人となっており、2050年になると1,000万人、高齢者の4人に1人に迫る。アルツハイマー型はその6割を占め、コリン作動性神経細胞の減少が見られることから、アセチルコリンエステラーゼ阻害薬（AChEI）のような病状を抑制するような薬（アセチルコリンの分解を阻害）が用いられる。しかし、これらは根治療法ではない。そこでヒトiPS細胞（理研細胞バンク：253G1株）由来の細胞を、EB化（胚様体embryoidの形成）の後、神経系への分化刺激（retinoic acid、sonic hedgehog、nogginを培地に添加）を施してニューロン前駆細胞（NSPCs）とし、この細胞を認知症モデルマウス（Jackson laboratory：PDAPP-Tg系、B6.Cg-Zbtb20<Tg(PDGFB-APPSwInd)20Lms>/2Mmjax）の海馬に移植した。すると認知機能の改善が見られた。NSPCs移植が認知症マウスの神経回路の再構築をした可能性が高い。移植NSPCsがReelinを産生し、宿主と移植細胞に作用して下流の、細胞内アダプタータンパク質であるDisabled1（Dab1）とセリンスレオニンキナーゼAktをリン酸化し、その下流の細胞内シグナル伝達を経てEphrinB3がシナプス形成を活性化する経路が推定され、一方でEphA4のシグナル伝達を遮断することで認知症マウスの海馬の神経再生を誘導して神経回路の再構築が起こり、認知機能が改善されたと推定される。本研究では移植NSPCsが認知症での解剖学的・機能的な再生を起こす際の神経回路の再構築および、宿主神経組織との高次構造形成時におけるReelinからEph/Ephrinに至るまでのシグナル経路を介した細胞分化およびその成熟による回復メカニズムを解明する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
認知症モデルマウス(PDAPP-Tgマウス)に、ヒトiPS細胞(理研細胞バンク：253G1株)に神経分化処理(コロニーのEB化ののち培地中にretinoic acid、他2薬剤を添加)を施した神経前駆細胞(NSPCs)を、マウスの海馬に移植した。移植の前後に認知症の評価のためにモリス水迷路試験を行って認知機能の改善を確認したのち、脳のサンプルを採取した。ここで、NSPCsは、移植後Reelinを発現し、Reelin受容体下流に位置する、細胞内アダプタータンパク質であるDab1を活性化し、Aktを活性化し、CREBを活性化すると推定される。そうしてReelinはEphB/EphrinBを活性化してEphB2はEphrinBと結合して双方向シグナル伝達を行い、細胞移動を調節し、シナプス形成、可塑性を誘導すると推定される。そこで、このような回復プロセスの起点となる、移植NSPCsによるReelin分泌性を、NSPCsをin vitroで培養してReelinの発現分泌をELISAで調べた。未分化のhiPSコロニーをEB化して神経系への分化刺激をretinoic acid、sonic hedgehog、nogginを、fibronectinコートのwellを用い、培地にN2 supplementとfibronectinを添加（分化培地とする）して行うところまでは同じ操作で、このあとin vitroの系として、分化培地で4週間培養した。培地中のReelin濃度を分化段階を8カ所に区切って調べた。EB化直後、分化刺激1回目前、分化刺激2回目前、分化刺激2回目直後、以下、1週間後、2、3、4週間後である。すると3～4週間後にReelinが0.2～0.3ng/ml発現した細胞群が得られた。途中の段階で0.1ng～0.15ng/mlの発現分泌を見た細胞群もしばしば見られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
移植するNSPCs(理研細胞バンク、253G1株由来)がReelinを産生して、下流のDab1をリン酸化し、シナプス形成を促進して治癒が可能と考えられる。EphrinB3が脳室下帯での成体の神経発達中にEphA4受容体の機能を阻害することにより、細胞死を減らすことができる。認知症マウス(Jackson laboratory：PDAPP-Tgマウス)に認知機能の改善が見られた場合その海馬では神経経路が再構築されたと考えられる。海馬において移植した細胞がReelinを産生し、下流のDab1やAktをリン酸化させた後、シナプス形成とシナプス形成に関わるさらに下流の細胞内シグナルを変化させてCREBやEphレセプター/Ephrinの活性化が起こり、種々の遺伝子の転写を活性化して神経分化、細胞の生存や突起伸長、記憶や学習機能を制御すると推定される。マウス発生期のReelinには大脳皮質の層構造の構築という重要な役割が明らかになっているが、これに比較して、成体期の役割はあまりわかっていない。Reelinにはアミロイド前駆タンパク質（APP）に直接結合してβアミロイドペプチド産生を減少させるという報告がある。認知症がReelin発現量の低値から引き起こされるとすると、NSPCsの移植によってReelinが供給され、神経細胞上の、ReelinレセプターであるApoER2、VLDLRに結合し、Fynキナーゼを活性化し、Reelinの細胞内アダプタータンパク質であるDab1のチロシンリン酸化を誘導して、以後、神経再生に至る過程が続くと推定される。統合失調症でReelinの発現が低下するという臨床的な研究もあるので、認知症マウスの認知スコアとReelinの発現の関係を調べたい。この場合、認知症マウスのReelin発現は、血漿中のReelin濃度をELISAで調べることとしたい。
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| Causes of Carryover |
実験に使用したい試薬の調達がスムースに行かなかった例として、hiPS細胞の分化試薬の1つであるfibronectinを挙げたい。販売取扱店から在庫なしの報告が生じる理由にはいくつかあって、メーカー工場の稼働状況、物流障害、コロナ禍に関連した異常事態の係わりが指摘された。いずれにしても調達され次第実験を行い予算も予定通り使用したい。
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[Journal Article] Female dominance of both spatial cognitive dysfunction and neuropsychiatric symptoms in a mouse model of Alzheimer's disease.2021
Author(s)
Murayama MA, Arimitsu N, Shimizu J, Fujiwara N, Takai K, Ikeda Y, Okada Y, Hirotsu C, Takada E, Suzuki T, Suzuki N.
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Journal Title
Exp Anim
Volume: 70
Pages: 398-405
DOI
Peer Reviewed
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