WFS1欠損による糖尿病発症・タウ神経変性モデル開発と神経細胞死メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 21K17655
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分59040:栄養学および健康科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター
• 研究代表者: 榊原 泰史 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 研究所 認知症先進医療開発センター, 特任研究員 (20734099)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: タウ病理 / 神経変性 / 青斑核 / ノルアドレナリン / 糖尿病 / マウスモデル / 食事介入

研究開始時の研究の概要

糖尿病の発症に関与するWFS1は、神経変性疾患であるウォルフラム症候群の原因遺伝子である。申請者はショウジョウバエを用いた実験から、WFS1の発現を抑制すると、アルツハイマー病(AD)関連タウタンパク質による神経変性が増悪化することを報告した。本研究では、WFS1の欠損により遺伝的に糖尿病を発症し、ADタウ病理の過程を再現する新規マウスモデルを確立し、全身でのWFS1の欠損がタウタンパク質により惹起される神経変性を増悪化する機序を調べる。

研究実績の概要

糖尿病の発症に関与するWFS1は、神経変性疾患であるウォルフラム症候群の原因遺伝子である。本研究では、WFS1の欠損により遺伝的に糖尿病を発症し、アルツハイマー病（AD）のタウ病理の過程を再現する新規マウスモデルを確立し、全身でのWFS1の欠損がタウ神経毒性により惹起される神経変性を増悪化する機序を調べる。
当該年度は、実験１として、青斑核神経細胞特異的にヒト野生型タウを発現するアデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターを投与したWFS1欠損ヒトタウノックインマウスから脳組織を採取し、タウ病理に対するWFS1欠損の影響について検討した。ベクターの投与により、WFS1欠損ヒトタウノックインマウス、また対照となるヒトタウノックインマウスの青斑核でリン酸化タウの蓄積を認めた。
また、実験２として、24ヶ月齢まで生存したWFS1欠損マウスについて、ウォルフラム症候群に関連する脳病理、および糖尿病関連の表現型を調べた。WFS1欠損マウスでは膵臓β細胞がやや脱落していたものの、血糖値や血中インスリン量は野生型マウスと同程度であった。また、脳組織の解析において、ウォルフラム症候群の特徴である白質変性、また神経細胞脱落など顕著な病理は認められなかった。さらに、WFS1欠損マウスでは、ヒト脳においては類でんぷん小体として知られる、加齢に伴い海馬に出現するグリコーゲン凝集体が減少することが分かった。このグリコーゲン凝集体の形成は脳内の老廃物排出システムとの関連が示唆されることから、WFS1は脳では老廃物排出システムの調節に関与している可能性が考えられた。以上の結果について、国内学会にて発表を行った。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

現在までに、下記の通り、研究目的達成に向けて、準備、検討を進めている。
今年度中に、青斑核神経細胞特異的にヒト野生型タウを発現するAAVベクターを、WFS1欠損ヒトタウノックインマウスの青斑核に投与し、6および12ヶ月間の加齢飼育を行った後に脳組織を採取した。次年度は、これら脳組織を用いて、WFS1欠損下でのタウ病理の進展、また神経細胞へのストレス状態について解析を行う。
24ヶ月齢のWFS1欠損マウスでは、顕性高血糖や顕著な脳病理は認められなかったものの、海馬特異的に出現するグリコーゲン凝集体が減少することが明らかとなった。これらの凝集体は脳のどの細胞に由来するのか、WFS1欠損によりなぜ凝集体が減少するのか、免疫組織化学的に詳細な解析を行う。また、このグリコーゲン凝集体とタウ病理との関連が示唆されていることから、マウスのタウより凝集性の高いヒトタウが発現するバックグラウンドで病理を解析するため、24ヶ月齢まで加齢飼育したWFS1欠損ヒトタウノックインマウスの脳組織採取も進めている。

今後の研究の推進方策

青斑核にヒト野生型タウ発現AAVベクターを投与した、WFS1欠損ヒトタウノックインマウスの脳組織の採取を完了したので、次年度は、タウ病理が蓄積した青斑核神経細胞でどのような変化が生じているか、青斑核以外の脳領域にタウ病理が進展しているかについて、組織学的に詳細な解析を行う。
24ヶ月齢のWFS1欠損マウス、またWFS1欠損ヒトタウノックインマウスの脳組織を用いて、グリコーゲン凝集体の形成について解析を進め、さらにウォルフラム症候群で認められる脳幹の神経細胞脱落などについて詳細に検討する。必要に応じて、マウスの神経やグリア由来の株化細胞を用いて、グリコーゲン凝集体形成に対するWFS1の関与を検討する。また、糖尿病患者、また一部の神経変性疾患の患者では、膵臓にタウ病理が出現することが報告されている。そこで、24ヶ月齢のWFS1欠損マウス、およびWFS1欠損ヒトタウノックインマウスの膵臓組織を用いて、膵臓のタウ病理について解析する。これらの結果を論文として発表する。

研究成果

• [雑誌論文] Alzheimer’s Disease-Related Phospho-Tau181 Signals Are Localized to Demyelinated Axons of Parvalbumin-Positive GABAergic Interneurons in an App Knock-In Mouse Model of Amyloid-β Pathology (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirota Yu、Sakakibara Yasufumi、Takei Kimi、Nishijima Risa、Sekiya Michiko、Iijima Koichi M.
  • 雑誌名: Journal of Alzheimer's Disease 巻: 93 号: 3 ページ: 1065-1081
  • DOI: 10.3233/jad-230121
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role for μ-opioid receptor in antidepressant effects of δ-opioid receptor agonist KNT-127 (2023)
  • 著者名/発表者名: Moriya Yuki、Kasahara Yoshiyuki、Shimada Masafumi、Sakakibara Yasufumi、Fujii Hideaki、Nagase Hiroshi、Ide Soichiro、Ikeda Kazutaka、Hall F. Scott、Uhl George R.、Sora Ichiro
  • 雑誌名: Journal of Pharmacological Sciences 巻: 151 号: 3 ページ: 135-141
  • DOI: 10.1016/j.jphs.2022.12.008
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Drosophila Toll-9 is induced by aging and neurodegeneration to modulate stress signaling and its deficiency exacerbates tau-mediated neurodegeneration (2023)
  • 著者名/発表者名: Sakakibara Yasufumi、Yamashiro Risa、Chikamatsu Sachie、Hirota Yu、Tsubokawa Yoko、Nishijima Risa、Takei Kimi、Sekiya Michiko、Iijima Koichi M.
  • 雑誌名: iScience 巻: 26 号: 2 ページ: 105968-105968
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.105968
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinct brain pathologies associated with Alzheimer’s disease biomarker-related phospho-tau 181 and phospho-tau 217 in <i>App</i> knock-in mouse models of amyloid-β amyloidosis (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirota Yu、Sakakibara Yasufumi、Ibaraki Kyoko、Takei Kimi、Iijima Koichi M、Sekiya Michiko
  • 雑誌名: Brain Communications 巻: 4 号: 6
  • DOI: 10.1093/braincomms/fcac286
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Widespread Reduced Density of Noradrenergic Locus Coeruleus Axons in the App Knock-In Mouse Model of Amyloid-β Amyloidosis (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Sakakibara、Yu Hirota、Kyoko Ibaraki、Kimi Takei、Sachie Chikamatsu、Yoko Tsubokawa、Takashi Saito、Takaomi C. Saido、Michiko Sekiya、Koichi M. Iijima
  • 雑誌名: Journal of Alzheimer's Disease 巻: 82 号: 4 ページ: 1513-1530
  • DOI: 10.3233/jad-210385
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Biomarker-related phosphor-tau 181 signals localize to axons of myelinated neurons but not unmyelinated neurons in App knock-in mouse (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirota, Y., Sakakibara, Y., Ibaraki, K., Takei, K., Nishijima, R., Takei, K., Sekiya, M., Iijima, K.M.
  • 学会等名: AD/PD 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Toll-like receptor exerts neuroprotection through p38 MAPK/SAPK in Drosophila model of tauopathy (2023)
  • 著者名/発表者名: Sakakibara, Y., Yamashiro, R., Chikamatsu, S., Tsubokawa, Y., Nishijima, R., Takei, K., Sekiya, M., Iijima, K.M.
  • 学会等名: AD/PD 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Reduced density of cholinergic fibers in App knock-in mouse models of Aβ amyloidosis (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirota, Y., Sakakibara, Y., Ibaraki, K., Takei, K., Nishijima, R., Iijima, K.M., Sekiya, M.
  • 学会等名: Alzheimer’s Association International Conference 2022 (AAIC 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] A Drosophila ortholog of Toll-like receptors modulates c-Jun N-terminal kinase and p38 MAPK signaling and protects against tau-mediated neurodegeneration independent of innate immune response (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakakibara, Y., Yamashiro, R., Chikamatsu, S., Tsubokawa, Y., Nishijima, R., Takei, K., Sekiya, M., Iijima, K.M.
  • 学会等名: Alzheimer’s Association International Conference 2022 (AAIC 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] A role for the mu opioid receptor in the antidepressant effects of a delta opioid receptor agonist KNT-127 (2022)
  • 著者名/発表者名: Moriya, Y., Kasahara, Y., Shimada, M., Sakakibara, Y., Fujii, H., Nagase, H., Ide, S., Ikeda, K., Hall, F.S., Uhl, G.R., Sora, I.
  • 学会等名: 33rd CINP World Congress of Neuropsychopharmacology
  • 国際学会
• [学会発表] Aβ病理を呈するAppノックインマウスにおけるコリン作動性神経軸索の変性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 廣田湧、榊原泰史、茨木京子、竹井喜美、西島里咲、飯島浩一、関谷倫子
  • 学会等名: 第41回日本認知症学会学術集会
• [学会発表] ウォルフラム症候群の原因遺伝子WFS1の欠損が加齢性脳病理に及ぼす影響の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 榊原泰史、廣田湧、茨木京子、竹井喜美、西島里咲、田部勝也、谷澤幸生、関谷倫子、飯島浩一
  • 学会等名: 第41回日本認知症学会学術集会
• [学会発表] Aβ病理モデルマウスを用いたアルツハイマー病血液バイオマーカーリン酸化タウ181，217，231の脳内局在解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 廣田湧、榊原泰史、茨木京子、竹井喜美、飯島浩一、関谷倫子
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
• [学会発表] ショウジョウバエToll受容体9は自然免疫応答には影響を与えずJNK シグナル伝達経路を調節し神経保護作用を発揮する (2022)
  • 著者名/発表者名: 山城梨沙、榊原泰史、近松幸枝、坪川陽子、西島里咲、竹井喜美、関谷倫子、飯島浩一
  • 学会等名: 第86回日本生化学会中部支部例会
• [学会発表] Cognitive function and brain pathology in mice with a heterozygous deficiency in ABCC9/SUR2, a gene associated with hippocampal sclerosis of aging (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Sakakibara, Yu Hirota, Sachie Chikamatsu, Kyoko Ibaraki, Kimi Takei, Ming Zhou, Hiroshi Abe, Michiko Sekiya, Koichi M. Iijima
  • 学会等名: Alzheimer's Association International Conference (AAIC 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Localization of AD biomarker phospho-tau proteins in the brains of App knock-in mouse model of Aβ amyloidosis (2021)
  • 著者名/発表者名: Yu Hirota, Yasufumi Sakakibara, Kyoko Ibaraki, Kimi Takei, Koichi M. Iijima, Michiko Sekiya
  • 学会等名: Alzheimer's Association International Conference (AAIC 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] 加齢性海馬硬化症関連遺伝子ABCC9のヘテロ欠損マウスにおける認知機能と脳病理の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 榊原泰史、廣田湧、近松幸枝、茨木京子、竹井喜美、周明、阿部寛、関谷倫子、飯島浩一
  • 学会等名: 第40回日本認知症学会学術集会
• [学会発表] AppノックインマウスにおけるADバイオマーカー関連リン酸化タウの脳内局在解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 廣田湧、榊原泰史、茨木京子、竹井喜美、飯島浩一、関谷倫子
  • 学会等名: 第40回日本認知症学会学術集会
• [備考] 国立長寿医療研究センター研究所 プレスリリース（２０２３年１月１７日）
  • URL: https://www.ncgg.go.jp/ri/report/20230117.html
• [備考] 国立長寿医療研究センター研究所 プレスリリース（２０２２年１１月７日）
  • URL: https://www.ncgg.go.jp/ri/report/20221107.html
• [備考] 国立長寿医療研究センター研究所 ニュース＆トピックス（２０２１年８月１０日）
  • URL: https://www.ncgg.go.jp/ri/news/20210811.html