細胞外環境制御による脳・脊髄損傷後の再生治療とその機能回路回復

• 研究領域: 行動適応を担う脳神経回路の機能シフト機構
• 研究課題/領域番号: 17H05584
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 愛知医科大学
• 研究代表者: 武内 恒成 愛知医科大学, 医学部, 教授 (90206946)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2017年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 神経再生 / 脊髄損傷 / コンドロイチン硫酸 / 逆行性ウイルスベクター / 神経回路 / 神経発生 / 回路シフト / 再生治療 / 神経糖鎖 / プロテオグリカン / 神経科学 / 再生医学 / 移植・再生医療 / 糖鎖 / 細胞・組織

研究実績の概要

中枢神経系における細胞外マトリックス糖鎖発現を中心とした局所の細胞外環境制御によって、損傷神経の生理機能回復を目的として研究を進めてきた。
技術面においては、本学術領域で確立した脊髄回路の再生再編のトレーシング技術を推進している。
A) 糖鎖構造発現に関わる酵素であるChGn1のKOマウスにおける脊髄損傷後修復は、現在知られる損傷回復モデルの中では最も回復が早い。このChGn1酵素はコンドロイチン硫酸（ＣＳ）の合成過程で重要かつ最初期に発現制御に関わる酵素である。CSは、細胞外マトリックスのうち中枢神 再生にとって最大の再生阻害因子として知られている。CSが神経系組織で機能を果たすにあたって重要な存在の場としてペリニューロナルネット（PNN）という構造体に着目している。CSの発現量と局在と、PNNとの相関を中心に、中枢神経再生時の回路再編成との相関を、脊髄回路のトレーシング技術を用いて明らかにしつつある。ChGn1KOマウスとともにこのChGn1に対する遺伝子ノックダウン系を開発し、逆行性ウイルスベクターによる再生回路と、PNNの発現タイミングを可視化した。PNNにはNGFやセマホリンなどの遠位性因子がトラップされることで回路再編を制御していることも解った。
B) PNNの糖鎖構造を維持するための骨格タンパク質であるアグリカンをノックダウンすることで、再生回路との関連を相関を調べた。PNNを骨格構造とともに消去すると、神経再生機能および回路再編のタイミングがずれることが解った。PNNは神経再生時のさまざまなゲート機能を果たしていることが解りつつある。
③ 細胞外環境制御に起因する中枢回路再生と、iPS細胞はじめ再生治療に向けての細胞移植などによる神経自律的回復との違いの解析を進めた。今後の再生医療において、移植等による自律的回復だけではなく、再生環境整備の重要を示しつつある。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] EMBL(ヨーロッパ分子生物学連合)/DZNE(ドイツ神経変性疾患研究所)(ドイツ)
• [雑誌論文] Craniofacial abnormality with skeletal dysplasia in mice lacking chondroitin sulfate N-acetylgalactosaminyltransferase-1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ida-Yonemochi Hiroko、Morita Wataru、Sugiura Nobuo、Kawakami Ryosuke、Morioka Yuki、Takeuchi Yuka、Sato Toshiya、Shibata Shunichi、Watanabe Hideto、Imamura Takeshi、Igarashi Michihiro、Ohshima Hayato、Takeuchi Kosei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 17134-17134
  • DOI: 10.1038/s41598-018-35412-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Growth cone phosphoproteomics reveals that GAP-43 phosphorylated by JNK is a marker of axon growth and regeneration. (2018)
  • 著者名/発表者名: Okada M*, Kawasaki A*, Tamada A*, Okuda S, Nozumi M, Ito Y, Kobayashi D, Yamasaki T, Yokoyama R, Shibata T, Nishina H, Yoshida Y, Fujii Y, Takeuchi K, Igarashi M(*These three authorscontributed equally.).
  • 雑誌名: ISCIENCE 巻: 4 ページ: 190-203
  • DOI: 10.1016/j.isci.2018.05.019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Abnormalities in perineuronal nets and behavior in mice lacking CSGalNAcT1, a key enzyme in chondroitin sulfate synthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka Nozomu、Miyata Shinji、Tamada Atsushi、Watanabe Yumi、Kawasaki Asami、Kitagawa Hiroshi、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Takeuchi Kosei、Igarashi Michihiro
  • 雑誌名: Mol Brain 巻: 10 号: 1 ページ: 47-47
  • DOI: 10.1186/s13041-017-0328-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Roles of CSGalNAcT1, a key enzyme in regulation of CS synthesis, in neuronal regeneration and plasticity (2017)
  • 著者名/発表者名: Igarashi M, Takeuchi K, Sugiyama S.
  • 雑誌名: Neurochem Int. 巻: 17 ページ: 0197-0186
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2017.10.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chondroitin Sulfate Is Required for Onset and Offset of Critical Period Plasticity in Visual Cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Hou X, Yoshioka N, Tsukano H, Sakai A, Miyata S, Watanabe Y, Yanagawa Y, Sakimura K, Takeuchi K, Kitagawa H, Hensch TK, Shibuki K, Igarashi M, Sugiyama S
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 12646-12646
  • DOI: 10.1038/s41598-017-04007-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lifespan extension by peroxidase and dual oxidase-mediated ROS signaling through pyrroloquinoline quinone in C. elegans. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasakura H, Moribe H, Nakano M, Ikemoto K, Takeuchi K,
  • 雑誌名: J Cell Sci. 巻: 130 号: 15 ページ: 2631-2643
  • DOI: 10.1242/jcs.202119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extracellular Signals induce Glycoprotein M6a Clustering of Lipid-rafts and associated Signaling Molecules. (2017)
  • 著者名/発表者名: Honda A, Ito Y, Takahashi-Niki, Matsushita N, Nozumi M, Tabata H, Takeuchi K, Igarashi M
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 37(15) 号: 15 ページ: 4046-4064
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3319-16.2017
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Regulation of chondroitin sulfate gene in vivo, to recovery from spinal cord injury and brain infarction (2018)
  • 著者名/発表者名: Kosei Takeuchi
  • 学会等名: EFNs meeting(Federation for Europa Neuro Science Meetings)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] In vivo regulation of Chondroitin sulfate gene to recovery from Spinal cord injury and brain infarction. (2018)
  • 著者名/発表者名: 武内恒成
  • 学会等名: 「人工知能と脳科学」「適応回路シフト」合同領域会議
• [学会発表] Lifespan extension and ECM remodeling by dual oxidase-mediated ROS signaling. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Sasakura, Hiroki Moribe, Kazuto Ikemoto, Ikue Mori, Kosei Takeuchi
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会（第51回日本発生生物学会合同大会）
• [学会発表] In vivo regulation of chondroitin sulfate gene to recovery from spinal cord injury and brain infarction (2017)
  • 著者名/発表者名: Kosei Takeuchi
  • 学会等名: ISDN（国際神経発生学会）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脊髄損傷修復に向けての核酸医薬治療の可能性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 武内恒成
  • 学会等名: 第2回革新的バイオ研究開発シンポジウム（日本核酸医薬学会）
  • 招待講演
• [産業財産権] コンドロイチン硫酸生合成を阻害するアンチセンス核酸 (2017)
  • 発明者名: 小比賀聡、笠原勇矢、武内恒成
  • 権利者名: 小比賀聡、笠原勇矢、武内恒成
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
  • 取得年月日: 2019