神経損傷防御の基盤研究とトランスレーショナルリサーチ

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23249079
• Research Institution: Showa University
• Principal Investigator: 塩田 清二 昭和大学, 医学部, 教授 (80102375)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土肥 謙二 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (20301509) ; 大滝 博和 昭和大学, 医学部, 助教 (20349062) ; 中町 智哉 昭和大学, 遺伝子組換実験室, 助教 (30433840)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: PACAP / 神経細胞死抑制 / ヒト骨髄間葉系幹細胞 / 神経損傷の防御 / トランスレーショナルリサーチ

Research Abstract

昨年までに行ったプロテオミクス解析により、マウスの中大脳動脈閉塞による脳虚血後にPACAPを脳室内投与することにより、CRMP2タンパク質の発現が投与6時間後で上昇し、CRMP2陽性反応が梗塞周囲のペナンブラ領域の神経細胞に強く認められることを明らかにした。CRMP2は軸索形成に重要な因子であることが知られている。そこで本年度はより運動機能や軸索新生を評価し易いマウスの脊髄損傷モデルを用いた機能解析を行った。インパクターにより脊髄を損傷させたマウスにPACAPを浸み込ませた徐放性ゲルを損傷脊髄に塗布し、その後の運動機能を経時的に評価したところ、PACAP10-12 Ｍ添加群では生理的食塩水添加群と比較して損傷後14日目において有意な運動機能の回復が認められた。損傷後の脊髄においてCRMP2 mRNA発現量を定量したところ、PACAP添加群では生理的食塩水添加群と比較して7日目で増加傾向を示し、14日目で有意差が認められた。CRMP2免疫陽性反応は脊髄の大型及び小型の神経細胞と一部のオリゴデンドロサイトに重なり、さらに傷害後では傷害部と正常部の境界領域において強い陽性反応が観察された。大脳皮質への順行性トレーサー投与実験により、PACAP添加群では損傷領域近傍部における軸索が多数観察された。以上の結果より、PACAPはCRMP2発現量を上昇させ、損傷後の軸索再生を誘導することにより運動機能の回復を促進していることが示唆された。
また、本年度はアカゲザルを用いて中大脳動脈閉塞モデルを作出し、PACAPを静脈内持続投与する実験を行っている。現在までにPACAPが若干の血圧低下作用を示すこと、血糖値に作用するなどの現象を確認している。脳梗塞や運動機能の解析については現段階では有意差は得られておらず、個体数の増加または実験条件の最検討などが必要である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初はOMIX解析にてPACAPが虚血細胞死を抑制するメカニズムの一端を明らかにし、さらに経時的に新規遺伝子あるいは遺伝子産物を特定することを目的として考えていたが、実際に研究がより進展し、CRMP2という遺伝子産物の発現をPACAPが６時間で亢進することを昨年までに見出し、本年度はその軸索新生機能を別の神経傷害モデルによって評価することができた。さらに、アカゲザルを用いた動物実験にも着手し、既に実験結果が得られ始めている。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究において、PACAPの下流域にCRMP2が存在し、軸索新生・再生に関連していることが示唆されている。次年度以降はこの機構が他の神経傷害モデルについても認められるものであるか、またその詳細なメカニズムの解析を進めていく予定である。さらにCRMP2と神経細胞死抑制の分子機構との関連性についても明らかにする。一方、ヒトへのトランスレーショナルな研究としてアカゲザルを使って虚血性神経細胞死抑制効果をしらべたが、動物による個体差が多い為か有意差のある研究結果がえられていない。そこで次年度はより動物個体としての変異が少ないマーモセットを用いることにより効果的な実験ができると考えている。さらに、PACAPより受容体への結合性の高いPACAPアナログについても細胞死抑制効果を検索し、ヒトでの臨床応用が可能な研究へと発展させていく予定である。

Research Products

• [Journal Article] Status of Systemic Oxidative Stress during Therapeutic Hypothermia in Patients with Post-Cardiac Arrest Syndrome. (2013)
  • Author(s): Dohi K, Miyamoto K, Fukuda K, Nakamura S, Hayashi M, Ohtaki H, Shioda S, Aruga T
  • Journal Title: Oxid Med Cell Longev. Volume: 2013 Pages: 562429
  • DOI: 10.1155/2013/562429.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Establishment and characterization of primary adult microglial culture in mice. (2013)
  • Author(s): Ohtaki H, Tsumuraya T, Song D, Sato A, Ohara K, Miyamoto K, Nakano H, Kiriyama K, Dohi K, Hiraizumi Y, Matsunaga M, Shioda S
  • Journal Title: Acta Neurochir Suppl. Volume: 118 Pages: 49-54
  • DOI: 10.1007/978-3-7091-1434-6_8.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) receptor expression in reactive astrocytes induced by global brain ischemia in mice. (2013)
  • Author(s): Nakamachi T, Jozsef F, Kagami N, Wada Y, Hori M, Tsuchikawa D, Tsuchida M, Yoshikawa A, imai N, Hata A, Atrata S, Shioda S
  • Journal Title: Acta Neurochir Suppl Volume: 118 Pages: 55-59
  • DOI: 10.1007/978-3-7091-1434-6_9.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The anti-inflammatory property of human bone marrow-derived mesenchymal stem/stromal cells is preserved in late-passage cultures. (2013)
  • Author(s): Song D, Ohtaki H, Tsumuraya T, Miyamoto K, Shibato J, Rakwal R, Xu Z, Hiraizumi Y, Inoue T, Shioda S
  • Journal Title: J Neuroimmunol. Volume: 263(1-2) Pages: 55-63
  • DOI: 10.1016/j.jneuroim.2013.07.018.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Edaravone increases regional cerebral blood flow after traumatic brain injury in mice. (2013)
  • Author(s): Miyamoto K, Ohtaki H, Dohi K, Tsumuraya T, Nakano H, Kiriyama K, Song D, Aruga T, Shioda S
  • Journal Title: Acta Neurochir Suppl. Volume: 118 Pages: 103-109
  • DOI: 10.1007/978-3-7091-1434-6_18.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PACAP Attenuates NMDA-Induced Retinal Damage in Association with Modulation of the Microglia/Macrophage Status into an Acquired Deactivation Subtype. (2013)
  • Author(s): Wada Y, Nakamachi T, Endo K, Seki T, Ohtaki H, Tsuchikawa D, Hori M, Tsuchida M, Yoshikawa A, Matkovits A, Kagami N, Imai N, Fujisaka S, Usui I, Tobe K, Koide R, Takahashi H, Shioda S
  • Journal Title: J Mol Neurosci. Volume: 51(2) Pages: 493-502
  • DOI: 10.1007/s12031-013-0017-5.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impaired response to hypoxia in the respiratory center is a major cause of neonatal death of the PACAP-knockout mouse. (2013)
  • Author(s): Arata S, Nakamachi T, Onimaru H, Hashimoto H, Shioda S
  • Journal Title: Eur J Neurosci. Volume: 37(3) Pages: 407-416
  • DOI: 10.1111/ejn.12054.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Therapeutic time window for edaravone treatment of traumatic brain injury in mice. (2013)
  • Author(s): Miyamoto K, Ohtaki H, Dohi K, Tsumuraya T, Song D, Kiriyama K, Satoh K, Shimizu A, Aruga T, Shioda S
  • Journal Title: Biomed Res Int. Volume: 2013 Pages: 379206
  • DOI: 10.1155/2013/379206.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] PACAPの抗酸化誘導作用と加齢性神経変性との関連 (2014)
  • Author(s): 中町智哉・大滝博和・渡邊 潤・吉川 輝・土田将史・杉山公一・加賀美信幸・今井ノリ・塩田清二
  • Organizer: 第119回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • Place of Presentation: 自治医科大学キャンパス
  • Year and Date: 20140327-20140329
• [Presentation] 脳虚血刺激によるヒト骨髄間葉系幹細胞の応答 (2014)
  • Author(s): 大滝博和・谷口紗季・徐 枝芳・渡邊 潤・宗 丹丹・宮本和幸・塩田清二
  • Organizer: 第119回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • Place of Presentation: 自治医科大学キャンパス
  • Year and Date: 20140327-20140329
• [Presentation] Neuropeptides and stem cell therapeutics: spinal cord injury and stroke. (2013)
  • Author(s): Shioda S
  • Organizer: The 43th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego, CA
  • Year and Date: 20131109-20131113
• [Presentation] Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells suppressed classical activation of microglial cells. (2013)
  • Author(s): Song D, Ohtaki H, Xu Z, Miyamoto K, Shibato J, Rakwal R, Dohi K, Hiraizumi Y, Shioda S
  • Organizer: The 43th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego, CA
  • Year and Date: 20131109-20131113
• [Presentation] Expression and localization of IL-6 and PACAP receptor in mouse brain after global ischemia. (2013)
  • Author(s): Nakamachi T, Kagami N, Hori M, Yoshikawa A, Sugiyama K, Imai N, Seki T, Arata A, Shioda S
  • Organizer: The 43th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego, CA
  • Year and Date: 20131109-20131113
• [Presentation] マウス硝子体内へのPACAP投与による網膜保護効果と局所免疫環境変化についての検討 (2013)
  • Author(s): 中町智哉・和田悦洋・関保・堀元英・吉川輝・土田将史・杉山公一・加賀美信幸・今井ノリ・荒田悟・塩田清二
  • Organizer: 第38回日本比較内分泌学会
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 20131024-20131026
• [Presentation] Human stem/progenitor cells from bone marrow improve spinal cord injury via communicating with PACAP. (2013)
  • Author(s): Ohtaki H, Tsumuraya T, Song D, Sato A, Xu Z, Miyamoto K, Hiraizumi Y, Nakamachi T, Hashimoto H, Shintani N, Shioda S
  • Organizer: The 11th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides
  • Place of Presentation: Pecs, Hungary
  • Year and Date: 20130827-20130831
• [Presentation] PACAP stimulates the corneal healing via lacrimal-mediating and direct pathways in mouse. (2013)
  • Author(s): Nakamachi T, Seki T, Wada Y, Ohtaki H, Kagami N, Imai N, Arata S, Hashimoto H, Shintani N, Farkas J, Matkovits A, Reglodi D, Shioda S
  • Organizer: The 11th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides
  • Place of Presentation: Pecs, Hungary
  • Year and Date: 20130827-20130831
• [Presentation] PACAP stimulates functional recovery after spinal cord injury through axonal regeneration. (2013)
  • Author(s): Tsuchida M, Nakamachi T, Sugiyama K, Tsuchikawa D, Hori M, Yoshikawa A, Imai N, Kagami N, Matkovits A, Atsumi T, Shioda
  • Organizer: The 11th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides
  • Place of Presentation: Pecs, Hungary
  • Year and Date: 20130827-20130831
• [Presentation] Proteomics of the PACAP38 influenced ischemic brain in permanent middle cerebral artery occlusion model mice. (2013)
  • Author(s): Hori M, Nakamachi T, Rakwal R, Shibato J, Tsuchida M, Yoshikawa A, Sugiyama K, Shioda
  • Organizer: The 11th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides
  • Place of Presentation: Pecs, Hungary
  • Year and Date: 20130827-20130831
• [Presentation] 緑内障モデルマウスを用いたPACAPの網膜保護機構の検討～マイクログリア/マクロファージの関与～. (2013)
  • Author(s): 中町智哉・和田悦洋・関保・加賀美信幸・今井ノリ・荒田悟・塩田清二
  • Organizer: 第60回日本実験動物学会総会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 20130515-20130517