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2023 Fiscal Year Research-status Report

Mechanisms of aggregation and fibril formation of amyloidogenic proteins with amyloid cofactors

Research Project

Project/Area Number 22K06556
Research InstitutionKyoto Pharmaceutical University

Principal Investigator

斎藤 博幸  京都薬科大学, 薬学部, 教授 (60300919)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords薬学 / 生物物理化学 / タンパク質 / 抗体 / アミロイドーシス
Outline of Annual Research Achievements

全身性アミロイドーシスアポA-Iやパーキンソン病αシヌクレインなどのアミロイド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5年度は、アミロイドーシス変異アポA-Iとαシヌクレインの凝集・アミロイド線維化メカニズムに関する検討を進めた。アミロイドーシス変異アポA-Iに関しては、アミロイド沈着領域であるN末側1-83残基フラグメント中でのΔ60-71/VerThe insertion、Δ70-72、F71Yの3つの変異に着目して検討したところ、Δ60-71/VerThe insertion変異がアポA-Iのアミロイド線維化を著しく促進し、その原因が新たに形成された高凝集性領域による線維核形成エントロピー障壁の消失であることが明らかとなった。一方、αシヌクレインに関しては、ヒトとマウスでのアミノ酸配列の同一性に着目して検討を進め、ヒトαシヌクレイン中のnon-amyloid β(NAC)領域に存在するSer87残基が、N末-C末間分子内相互作用を介してアミロイド凝集性を制御していることを明らかにした。
アミロイド共存タンパク質を標的とした新規特異抗体の開発に関しては、アポE4アイソフォームに特異的なアミノ酸配列を認識する抗アポE4特異的モノクローナル抗体を新たに開発した。さらに、他の抗アポEアイソフォームモノクローナル抗体と組み合わせることで、アポEアイソフォームを高感度で識別・検出可能なSandwich ELISA系の構築に成功した。

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、アミロイドーシス変異アポA-Iの凝集・線維化反応における2ケ所の高凝集性領域(14-22及び53-58残基)の役割を明らかにしてきた(JBC 294, 13515, 2019)。本研究では、3番目の高凝集性領域である67-72残基付近に位置する3つのアミロイドーシス変異Δ60-71/VerThe insertion、Δ70-72、F71Yに着目して速度論的並びに熱力学的な解析を進め、Δ60-71/VerThe insertion変異が新たな高凝集性領域を形成することで線維核形成をエントロピー的に促進していることを明らかにした(Sci. Rep. 13, 18514, 2023)。一方、パーキンソン病αシヌクレインでは、N末-C末間分子内相互作用によるαシヌクレインの凝集制御機構におけるSer87残基の関与を世界で初めて明らかにすることができた(Sci. Rep. 13, 10885, 2023)。アミロイド前駆タンパク質の凝集・線維化過程におけるタンパク質分子間並びに分子内相互作用の重要性を、速度論並びに熱力学的な観点から明らかにした重要な知見であると考える。
また、アミロイド共存タンパク質を標的とした新規特異抗体の開発に関して、アポE4アイソフォームに特異的なアミノ酸配列を認識する抗アポE4特異的モノクローナル抗体を新たに開発し、アポEアイソフォームを高感度で識別・検出可能なSandwich ELISA系の構築に成功した(FEBS Lett. in press.)。
以上のように、研究成果を3報の論文に公表するなど、当初の研究計画に対しておおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

最終年度である令和6年度は、この2年間であまり進展のなかった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、最近相次いで報告されたアルツハイマー病発症に対してprotectiveなアポE3変異体などの影響も検討する。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。

Causes of Carryover

43000円程度の残金が生じたが、翌年度交付金と合わせて使用予定である。

  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Generation of novel anti‐apo<scp>E</scp> monoclonal antibodies that selectively recognize apo<scp>E</scp> isoforms2024

    • Author(s)
      Ohgita Takashi、Sakai Koto、Fukui Nodoka、Namba Norihiro、Nakano Miyu、Kiguchi Yuki、Morita Izumi、Oyama Hiroyuki、Yamaki Kouya、Nagao Kohjiro、Kobayashi Norihiro、Saito Hiroyuki
    • Journal Title

      FEBS Letters

      Volume: in press. Pages: -

    • DOI

      10.1002/1873-3468.14858

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Host-to-graft propagation of inoculated α-synuclein into transplanted human induced pluripotent stem cell-derived midbrain dopaminergic neurons2024

    • Author(s)
      Gima Serina、Oe Kazuya、Nishimura Kaneyasu、Ohgita Takashi、Ito Haruka、Kimura Hiroyuki、Saito Hiroyuki、Takata Kazuyuki
    • Journal Title

      Regenerative Therapy

      Volume: 25 Pages: 229~237

    • DOI

      10.1016/j.reth.2023.12.019

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Intramolecular interaction kinetically regulates fibril formation by human and mouse α-synuclein2023

    • Author(s)
      Ohgita Takashi、Kono Hiroki、Morita Izumi、Oyama Hiroyuki、Shimanouchi Toshinori、Kobayashi Norihiro、Saito Hiroyuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Pages: 10885

    • DOI

      10.1038/s41598-023-38070-4

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Amyloidogenic 60?71 deletion/ValThr insertion mutation of apolipoprotein A-I generates a new aggregation-prone segment that promotes nucleation through entropic effects2023

    • Author(s)
      Namba Norihiro、Ohgita Takashi、Tamagaki-Asahina Hiroko、Nishitsuji Kazuchika、Shimanouchi Toshinori、Sato Takeshi、Saito Hiroyuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Pages: 18514

    • DOI

      10.1038/s41598-023-45803-y

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structural flexibility of apolipoprotein E-derived arginine-rich peptides improves their cell penetration capability2023

    • Author(s)
      Takechi-Haraya Yuki、Ohgita Takashi、Usui Akiko、Nishitsuji Kazuchika、Uchimura Kenji、Abe Yasuhiro、Kawano Ryuji、Konaklieva Monika I.、Reimund Mart、Remaley Alan T.、Sato Yoji、Izutsu Ken-ichi、Saito Hiroyuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Pages: 19396

    • DOI

      10.1038/s41598-023-46754-0

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] アポリポタンパク質E由来両親媒性ペプチドの脂質膜相互作用および細胞通過へ及ぼすコンフォメーション制限の影響2024

    • Author(s)
      原矢佑樹,扇田隆司,臼井明子,西辻和親,内村健治,阿部康弘,川野竜司,Monika I. Konaklieva,Mart Reimund,Alan T. Remaley,佐藤陽治,伊豆津健一,斎藤博幸
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
  • [Presentation] カイロミクロンタンパク質apoA-IVのアミロイド線維形成の物理化学的メカニズム2024

    • Author(s)
      南波憲宏,段上時子,北川裕一朗,扇田隆司,島内寿徳,斎藤博幸
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
  • [Presentation] 生合成酵素の局在に着目したリン脂質組成の制御機構の解明2024

    • Author(s)
      平岡優里佳,宮田友花,長尾耕治郎,斎藤博幸
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
  • [Presentation] パーキンソン病αシヌクレインの凝集・線維化に対する脂質膜組成の影響2024

    • Author(s)
      河野弘樹,南波憲宏,扇田隆司,長尾耕治郎,斎藤博幸
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
  • [Presentation] ABCA1による高密度リポタンパク質形成に一価不飽和脂肪酸含有リン脂質が与える影響2024

    • Author(s)
      松尾茉祐,南波憲宏,長尾耕治郎,斎藤博幸
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
  • [Presentation] 炭酸脱水酵素によるリン脂質の脂肪酸組成の制御2024

    • Author(s)
      松本佳菜,長尾耕治郎,斎藤博幸
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
  • [Presentation] カイロミクロンタンパク質apoA-IVのN末フラグメントは強いアミロイド凝集特性を有する2023

    • Author(s)
      北川裕一朗、内藤禎人、南波憲宏、扇田隆司、斎藤博幸
    • Organizer
      第73回日本薬学会関西支部大会
  • [Presentation] 形質膜ホスファチジルセリンの組成制御機構2023

    • Author(s)
      越智彩乃、長尾耕治郎、斎藤博幸
    • Organizer
      第73回日本薬学会関西支部大会
  • [Presentation] 脳に生着したヒトiPS細胞由来神経細胞へのα-シヌクレイン伝播の組織学的評価2023

    • Author(s)
      西村周泰、儀間芹菜、扇田隆司、斎藤博幸、高田和幸
    • Organizer
      第97回日本薬理学会年会
  • [Presentation] Amyloidogenic mutation of the N-terminal fragment of apolipoprotein A-I generates a new aggregation-prone segment that acts as an entropic driver of aggregation2023

    • Author(s)
      Norihiro Namba, Takashi Ohgita, Hiroko Tamagaki-Asahina, Toshinori Shimanouchi, Takeshi Sato, Hiroyuki Saito
    • Organizer
      第60回ペプチド討論会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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