2013 Fiscal Year Annual Research Report
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23228004
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
西原 真杉 東京大学, 農学生命科学研究科, 教授 (90145673)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 成人 公益財団法人東京都医学総合研究所, 認知症高次脳機能研究分野, 分野長 (10251232)
根建 拓 東洋大学, 生命科学部, 教授 (50375200)
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| Project Period (FY) |
2011-05-31 – 2016-03-31
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| Keywords | 脳・神経 / 成長因子 / 神経変性 / 神経新生 |
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| Research Abstract |
本研究は、脳内における神経細胞の増殖、分化、細胞死等の制御に関わるプログラニュリン等の成長因子の生理作用に関する基礎的研究と、その遺伝子変異による神経変性疾患等の発現に関する神経病理学的な研究を融合させ、神経細胞の生存と変性を制御する成長因子の作用の分子機構を明らかにするとともに、病態発現機構の解明に資することを目的としている。プログラニュリンは活性化ミクログリアで産生されてリソソームの過剰な生合成を抑制して神経炎症を抑制することが示唆されたため、リソソームの制御におけるPGRNの役割に着目した検討を行なった。その結果、PGRNはリソソームに局在してmTORC1を活性化し、転写因子TFEBをリン酸化してその核移行を抑制することによりリソソーム生合成を抑制することが示唆された。さらに、PGRNの欠如によって加齢に伴うリソソームの機能不全が亢進し、神経炎症の増悪、神経細胞におけるTDP-43凝集物の形成が起こることが示唆された。一方、前頭側頭葉変性症患者脳に蓄積するTDP-43を培養細胞に導入すると、それと同様の構造を有するTDP-43凝集体が培養細胞内で形成されること、また、この異常TDP-43は細胞間を移動して伝わることが示唆された。これらの結果から、患者脳に蓄積する異常TDP-43にはプリオン病における異常プリオンのように、自らを鋳型として同じ構造の異常型のコピーを作り出す能力を有することが示唆された。また、培養神経細胞を用いた実験から、PGRN産生は酸化ストレスやグルコース枯渇ストレスにより増強されることを見出した。PGRNは神経細胞において広範なストレスに応答して発現制御される因子であり、神経前駆細胞の増殖や細胞死の抑制を介して神経保護作用を発揮し、このようなストレス応答システムの異常が神経疾患にも関与していることが示唆された。
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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
本研究により、PGRNがミクログリアの活性化に伴い発現が上昇し、その過剰な活性化を抑制するという負のフィードバック機構を担う分子であり、その結果として神経炎症を抑制するという新たな生理作用を持つことを明らかにした。さらにその作用機序として、PGRNは活性化ミクログリアのリソソームに存在し、mTORC1の活性化を介してリソソーム生合成の主要調節因子とされる転写因子TFEBの核移行を阻止することによりリソソームの生合成を抑制するということを明らかにした。PGRNの欠如によって加齢に伴うミクログリアの活性化や神経炎症が亢進するとともに、神経細胞におけるオートファジー・リソソーム系の機能不全によりTDP-43などの異常タンパク質の凝集物が形成されるというカスケードの存在を示唆することができた。さらに、形成された異常タンパク質は細胞から細胞へと伝播し、正常タンパク質の構造を異常化するというプリオン病に類似した病態発現機構の存在を示した。このことは、脳内において細胞から細胞へとタンパク質が伝播する普遍的な仕組みが存在し、何らかの原因で形成された異常タンパク質が分解されず蓄積する場合に神経細胞に変性が生じ、病態が発現することを示唆している。さらに、培養神経細胞を用いた実験から、PGRNはストレスに応答して発現が上昇し、神経保護作用を発揮することが示され、PGRNの低下によるこのようなストレス応答システムの異常が各種神経疾患の発症にも関与していることが示唆された。以上のように、本研究によりPGRNの脳内における生理学的、病態生理学的役割に関する理解が大きく進展するとともに、その異常による病態発現機構についても新たな知見を得ることができ、当初計画していた研究目的はほぼ達成されており、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
脳内におけるPGRNの生理学的、病態生理学的役割の解明と、その異常による病態の発現機構に関する研究を継続する。すなわち、PGRNはリソソームに局在することが示されたが、今後、PGRNのリソソームへの輸送機構やリソソームにおけるmTORC1の活性化機構について、培養細胞系等も用いながら解明を目指す。PGRNは合成された細胞内で直接リソソームに輸送される経路と、一旦細胞外へ分泌され、細胞膜に存在するソルチリンを介してリソソームに輸送される経路が想定される。今後、PGRNとソルチリンの相互作用の解析等を行うことにより、PGRNの輸送機構の解明を目指す。また、成長因子の神経保護作用では神経炎症や神経変性の制御とともに、神経新生の制御も重要な意味を持っている。そこで、ストレス等の神経新生への影響に、PGRNがどのような役割を果たすかについてもさらに解析を進める。また、網羅的遺伝子解析によって明らかになったPGRN欠損により変動する遺伝子やパスウェイについて、in vivoにおけるPGRNの作用発現における意義をさらに追及する。一方、前頭側頭葉変性症や筋委縮性側索硬化症の原因因子となるTDP-43の脳内における伝播機構について、異常TDP-43をPGRN KOマウスの脳に接種し、一定期間後、正常及び異常TDP43のそれぞれを認識する抗体を用いて免疫組織染色を行うとともに、脳の病理学的な解析を行い、個体レベルで実証する。また、網羅的遺伝子解析により明らかとなったPGRN欠損により発現が変化する遺伝子について、培養細胞系を用いて遺伝子ノックダウンや過剰発現などの分子生物学的手法を用いた解析を行い、神経前駆細胞におけるPGRNの生理作用発現機構を解明する。また、神経細胞に対する各種ストレスによるPGRNの発現調節機構や、PGRNの細胞内情報伝達機構の解析を継続する。
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Research Products
(14 results)
