2014 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) |
2011-04-01 – 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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| Outline of Annual Research Achievements |
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（PGRN）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。我々の研究によりPGRN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、今年度は特に加齢時の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、加齢に伴うリソソーム生合成とグリオーシスがPGRN欠如によって亢進した。また、老齢PGRN 欠損マウスではオートファジー・リソソーム経路で選択的に分解されるp62の蓄積や、TDP-43の細胞質内凝集物が認められた。これらの結果はPGRNの欠如によって加齢に伴うリソソーム機能不全が亢進して異常タンパク質が蓄積し、神経変性に至るというカスケードの存在を示唆している。一方、培養細胞モデルを用いて、全長TDP-43とTDP-43のC末端断片が別の機序により神経毒性を発揮することを明らかにした。すなわち、全長TDP-43は過剰発現すると核に局在したが、カスパーゼの活性化、G2/M期の停止を伴う強い細胞死を誘導した。一方、C末端断片を発現した細胞においてはTDP-43断片は凝集したが、全長TDP-43の場合のような細胞死は確認できなかった。また、PGRN欠損神経前駆細胞ではSIRT1の発現上昇を介して細胞増殖促進およびニューロンやオリゴデンドロサイトへの分化促進が生じ、PGRN欠損神経前駆細胞の脆弱性を補填している可能性が示された。
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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が脳傷害時や老齢期における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、PGRNは活性化ミクログリアのリソソームに存在し、PGRNの欠如によって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が起こり、TDP-43などの異常タンパク質の凝集物が形成されて神経変性が生じるというカスケードの存在を示唆することができた。また、形成されたTDP-43などの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明らかにするとともに、TDP-43の全長とC末端断片はそれぞれ異なる機序により神経毒性を発揮することを明らかにした。培養神経細胞を用いた実験から、PGRNは酸化ストレスやグルコース枯渇ストレスなどの各種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。また、PGRNの神経保護作用におけるSIRT1の役割についても明らかにした。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 |
脳内におけるプログラニュリン（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、我々はPGRNが脳傷害時や加齢時のリソソームに局在することを示しており、リソソームにおけるPGRNの生理的意義やオートファジーに及ぼすPGRNの影響等についてさらに検討を進める。一方、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もっているため、性ステロイド、加齢、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解析を進める。また、我々は小脳のプルキンエ細胞においてもPGRNが高発現していることを見出しており、小脳の組織構築や運動学習におけるPGRNの生理学的役割についても検討を行なう。さらに、骨格筋における多能性幹細胞の分化や骨格筋の病態における成長因子の役割についても検討を進める。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タンパク質であるTDP-43について、脳内伝播機構やそれに対するPGRNの影響に関する解析を異常TDP-43を野生型マウスあるいはPGRN遺伝子欠損マウスの脳へ接種することにより検討する。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やソルチリンについて、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、ストレスによるPGRN遺伝子の発現誘導機構についてもさらに追究する。
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Research Products
(18 results)
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[Journal Article] Multiple therapeutic effects of progranulin on experimental acute ischemic stroke2015
Author(s)
Kanazawa M, Kawamura K, Takahashi T, Miura M, Tanaka Y, Koyama M, Toriyabe M, Igarashi H, Nakada T, Nishihara M, Nishizawa M, Shimohata T
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Journal Title
Brain
Volume: 138
Pages: 1932-1948
DOI
Peer Reviewed
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