2022 Fiscal Year Research-status Report
Mechanisms of aggregation and fibril formation of amyloidogenic proteins with amyloid cofactors
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22K06556
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| Research Institution | Kyoto Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
斎藤 博幸 京都薬科大学, 薬学部, 教授 (60300919)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 薬学 / 生物物理化学 / タンパク質 / 抗体 / アミロイドーシス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、全身性アミロイドーシスの前駆タンパク質としてアポA-Iや血清アミロイドA、さらには神経変性疾患タンパク質としてパーキンソン病αシヌクレインなどをターゲットとし、これら前駆タンパク質の生体夾雑環境における凝集・線維化、細胞間伝播が、細胞膜脂質や硫酸化糖鎖、アミロイド共存タンパク質であるアポA-IVやアポEなどの生体分子群との相互作用ネットワークによって制御されている分子メカニズムを解明する。さらに、アミロイド前駆タンパク質や共存分子を標的とした新規特異抗体の開発を行い、アミロイド線維高感度検出系の構築やin vivoイメージング法の検討を進める。
令和４年度は、核形成-自己触媒線維伸長モデルに基づくFinke-Watzky速度式による解析ならびに核形成・線維伸長速度定数の温度変動解析から、αシヌクレインのA30PやA53Tなどの家族性パーキンソン病変異体やレビー小体病にみられるC末欠損体（Δ104-140やΔ123-140）の凝集・線維化反応の熱力学的特性の解明を行った。その結果、αシヌクレインのA53T変異と104-140残基欠損では線維化促進のメカニズムが異なることが示唆され、A53T変異はモノマーから凝集核の形成をエンタルピー的に促進して線維化の開始を早める一方、104-140残基領域の欠損はモノマーと線維の相互作用を変化させて線維化を自己触媒的に加速することが明らかとなった。以上の結果は、家族性変異やC末欠損によるパーキンソン病発症機序解明に向けた物理化学的基盤情報を与える。
また、アミロイド共存分子としてアポA-Iと同様にアミロイド凝集傾向の高いN末領域を有するアポA-IVに関し、大腸菌大量発現・精製系の構築を行い、特に組織沈着が報告されているアポA-IV のN末70残基フラグメントについて、そのアミロイド凝集性を確認した。
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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
申請者は近年、核形成-自己触媒線維伸長モデルに基づくFinke-Watzky速度式による解析ならびに核形成・線維伸長速度定数の温度変動解析から、アミロイドーシス変異アポA-Iの凝集・線維化反応の熱力学的特性を世界で初めて明らかにしている（JBC 294, 13515, 2019）。本研究では、同様な手法をパーキンソン病αシヌクレインの家族性変異体やレビー小体病にみられるC末欠損体（Δ104-140やΔ123-140）の凝集・線維化反応に適用することで、これら家族性変異やC末欠損がパーキンソン病発症を促進するメカニズムに関して、タンパク質分子レベルでの物理化学的機序を明らかにすることができた。
一方、血中カイロミクロンタンパク質アポA-IVは、臓器や組織において様々なアミロイド線維と共存・共沈着していることが報告されているが、そのメカニズムや病理学的意義は不明である。アポA-IVはアポA-Iと同様にアミロイド凝集傾向の高いN末領域を有しているが、本研究では、組織沈着が報告されているN末70残基フラグメントが実際にin vitroでアミロイド凝集性を示すことを、世界で初めて確認することができた。
以上のように、当初の研究計画に対しておおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度は、アミロイド共存タンパク質アポEによるアミロイド沈着促進/抑制メカニズムの解明を目的として、アポA-Iやαシヌクレインなどのアミロイドタンパク質の線維形成過程や動的構造安定性、脂質や糖鎖との相互作用におけるアポEのcofactorとしての関与を明らかにする予定である。その際、野生型であるアポE3に加え、アルツハイマー病発症危険因子であるアポE4アイソフォームやそれらの疾患関連変異の影響も検討する。さらに、細胞表面糖鎖を足場としたアミロイドタンパク質の凝集・線維化、細胞内取込み・代謝過程におけるアポEの関与を明らかにすることで、生体内夾雑環境下でのアポリポタンパク質アミロイド形成の分子機構解明に迫りたい。
また、アポEアイソフォームを標的とした抗アポE構造特異抗体の開発を進め、アポEアイソフォームを識別可能な高感度検出系の構築をおこなうことで、培養細胞や疾患組織部位でのアミロイド線維高感度検出に向けたイムノアッセイ系の構築やin vivoイメージング法の開発につなげていきたい。
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| Causes of Carryover |
2022年度は比較的高額の物品の購入がなかったため繰越残高が生じたが、2023年度は繰越額と併せてタンパク質二次構造測定のためのATR-FTIR装置の制御用ソフトウエアの更新を予定している。
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Research Products
(18 results)
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[Journal Article] Plantainoside B in Bacopa monniera binds to Aβ aggregates attenuating neuronal damage and memory deficits induced by Aβ.2023
Author(s)
Fukuda A., Nakashima S., Oda Y., Nishimura K., Kawashima H., Kimura H., Ohgita T., Kawashita E., Ishihara K., Hanaki A., Okazaki M., Matsuda E., Tanaka Y., Nakamura S., Matsumoto T., Akiba S., Saito H., Matsuda H., and Takata K.
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Journal Title
Biol. Pharm. Bull.
Volume: 46
Pages: 320-333
DOI
Peer Reviewed
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