アミロイドーシス発症の分子機構解明：蛋白質科学・マウスモデル・臨床病理学の融合

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H05170
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 内木 宏延 福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (10227704)
• 研究分担者: 樋口 京一 信州大学, 学術研究院医学系, 教授 (20173156) ; 長谷川 一浩 福井大学, 学術研究院医学系部門, 助教 (60324159) ; 大越 忠和 福井大学, 学術研究院医学系部門, 助教 (90362037)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: アミロイドーシス / アミロイド線維 / β2-ミクログロブリン / 細胞外シャペロン / 血清アミロイドP成分 / C反応性蛋白質 / 細胞傷害 / トランスジェニックマウス

研究実績の概要

本研究は、ヒト疾患モデルとしてβ2-ミクログロブリン（β2-m）アミロイドーシスを選び、発症の分子機構を総合的に解明する。具体的に、①種々の生体分子がβ2-mアミロイド線維形成を促進・抑制する分子機構、特に細胞外シャペロンのβ2-m線維形成抑制機構解明、② β2-m線維による細胞・組織傷害機構解明、③ β2-m線維形成・沈着を阻害する有機化合物探索、④ ヒトアミロイドーシスに共通する発症機構や治療戦略と共に、アミロイド沈着の臓器特異性を説明する作業モデルの提案、の４点を目的とする。
平成28年度は、①変異型 β2-m（D76N）線維形成を促進・抑制する細胞外マトリクス分子や細胞外シャペロンの探索と分子機構解析、および②ヒト変異型 β2-m（D76N）トランスジェニックマウスの作成と繁殖を中心に研究を行った。
① CRPとSAPが、AβおよびD76N β2-mのアミロイド線維形成を、濃度依存的かつsubstoichiometricに抑制することを明らかにした。② SAPは、線維形成のみならずグルタチオン-S-トランスフェラーゼの不定形凝集体の形成も抑制することが分かり、幅広い蛋白質凝集抑制活性が示された。③ Ca2+存在下におけるD76N β2-m線維形成において、SAPが反応初期では線維形成を抑制し、反応後期では線維形成を促進することを明らかにし、SAPの線維形成に対する抑制および促進効果を1つの実験系で捉えることに成功した。以上の結果から、CRPとSAPはともに細胞外シャペロンとして機能し、アミロイド線維形成を始めとする蛋白質の異常凝集を抑制する一方、一度線維が形成されるとSAPは線維と結合し、線維を安定化することで線維形成を促進するという2面性を持つことを明らかにした。

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

平成28年度の中心研究計画である「変異型 β2-m（D76N）線維形成を促進・抑制する細胞外マトリクス分子や細胞外シャペロンの探索と分子機構解析」に関し、① CRPとSAPが、AβおよびD76N β2-mのアミロイド線維形成を、濃度依存的かつsubstoichiometricに抑制することを明らかにした。② SAPは、線維形成のみならずグルタチオン-S-トランスフェラーゼの不定形凝集体の形成も抑制することが分かり、幅広い蛋白質凝集抑制活性が示された。③ Ca2+存在下におけるD76N β2-m線維形成において、SAPが反応初期では線維形成を抑制し、反応後期では線維形成を促進することを明らかにし、SAPの線維形成に対する抑制および促進効果を1つの実験系で捉えることに成功した。以上の結果から、CRPとSAPはともに細胞外シャペロンとして機能し、アミロイド線維形成を始めとする蛋白質の異常凝集を抑制する一方、一度線維が形成されるとSAPは線維と結合し、線維を安定化することで線維形成を促進するという2面性を持つことを明らかにした。以上の成果をScientific Reportsに報告した。
「ヒト変異型 β2-m（D76N）トランスジェニックマウスの作成と繁殖」に関してもおおむね順調に進行している。

今後の研究の推進方策

引き続き①変異型β2-m（D76N）線維形成を促進・抑制する細胞外マトリクス分子や細胞外シャペロンの探索と分子機構解析、②ヒト変異型β2-m（D76N）トランスジェニックマウスの作成と繁殖を推進すると共に、③ヒト野生型β2-mトランスジェニックマウスを用いたアミロイドーシス発症促進実験、④β2-mアミロイド線維の細胞傷害機構解析、⑤β2-m線維形成を促進する生体分子群の探索、⑥モデルマウスを用いた生体分子の機能及び臓器特異的アミロイド沈着機構解明、⑦β2-mアミロイド沈着をもたらす細胞外マトリクス環境の臨床病理学的解析、および ⑧β2-mアミロイド線維形成阻害・脱凝集をもたらす有機化合物の探索を行い、ヒトアミロイドーシスに共通する発症機構や治療戦略の作業モデルを提案する。

研究成果

• [国際共同研究] ロンドン大学医学部(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ロンドン大学医学部
• [雑誌論文] Heparin-induced amyloid fibrillation of β2-microglobulin explained by solubility and a supersaturation-dependent conformational phase diagram. (2017)
  • 著者名/発表者名: So M, Hata Y, Naiki H, Goto Y
  • 雑誌名: Protein Sci 巻: 26 ページ: 1024-1036
  • DOI: 10.1002/pro.3149
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular pathogenesis of human amyloidosis: Lessons from β2-microglobulin-related amyloidosis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Naiki H, Okoshi T, Ozawa D, Yamaguchi I, Hasegawa K
  • 雑誌名: Pathol Int 巻: 66 ページ: 193-201
  • DOI: 10.1111/pin.12394
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multifaceted anti-amyloidogenic and pro-amyloidogenic effects of C-reactive protein and serum amyloid P component in vitro. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ozawa D, Nomura R, Mangione PP, Hasegawa K, Okoshi T, Porcari R, Bellotti V, Naiki H
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6 ページ: 29077
  • DOI: 10.1038/srep29077
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Significant association of cadaveric dura mater grafting with subpial Aβ deposition and meningeal amyloid angiopathy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hamaguchi T, Taniguchi Y, Sakai K, Kitamoto T, Takao M, Murayama S, Iwasaki Y, Yoshida M, Shimizu H, Kakita A, Takahashi H, Suzuki H, Naiki H, Sanjo N, Mizusawa H, Yamada M
  • 雑誌名: Acta Neuropathol 巻: 132 ページ: 313-315
  • DOI: 10.1007/s00401-016-1588-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] アミロイドーシスの発症メカニズムについて (2016)
  • 著者名/発表者名: 大越 忠和, 小澤 大作, 山口 格, 長谷川 一浩, 内木 宏延
  • 雑誌名: 病理と臨床 巻: 34 ページ: 454-459
• [雑誌論文] β2-ミクログロブリンアミロイド線維の形成機序 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小澤 大作, 大越 忠和, 長谷川 一浩, 内木 宏延
  • 雑誌名: 腎と骨代謝 巻: 29 ページ: 199-206
• [雑誌論文] アミロイド線維の形成・沈着と臓器障害の分子機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大越 忠和, 内木 宏延
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 258 ページ: 615-620
• [学会発表] アミロイド線維形成・細胞傷害の分子機構：β2-ミクログロブリンアミロイドーシスを中心に (2016)
  • 著者名/発表者名: 内木 宏延
  • 学会等名: 第4回日本アミロイドーシス研究会学術集会
  • 発表場所: KKRホテル東京（東京）
  • 年月日: 2016-09-19 – 2016-09-19
• [学会発表] C反応性蛋白質と血清アミロイドP成分のアミロイド線維形成抑制および促進効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小澤 大作, 野村 寮, Patrizia P. Mangione, 長谷川 一浩, 大越 忠和, Riccardo Porcari, Vittorio Bellotti, 内木 宏延
  • 学会等名: 第4回日本アミロイドーシス研究会学術集会
  • 発表場所: KKRホテル東京（東京）
  • 年月日: 2016-09-19 – 2016-09-19
• [学会発表] Thioflavin T: Not an all-rounder, but a trustworthy friend for over 27 years. (2016)
  • 著者名/発表者名: Naiki H
  • 学会等名: The XVth International Symposium on Amyloidosis
  • 発表場所: Uppsala Consert and Congre(Sweden)
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-07
  • 国際学会
• [学会発表] Antiamyloidogenic and proamyloidogenic chaperone effects of C-reactive protein and serum amyloid P component. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ozawa D, Nomura R, Mangione PP, Hasegawa K, Okoshi T, Porcari R, Bellotti V, Naiki H
  • 学会等名: The XVth International Symposium on Amyloidosis
  • 発表場所: Uppsala Consert and Congre(Sweden)
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-07
  • 国際学会
• [学会発表] C反応性蛋白質と血清アミロイドP成分の多面的シャペロン効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小澤 大作, 野村 寮, Patrizia P. Mangione, 長谷川 一浩, 大越 忠和, Riccardo Porcari, Vittorio Bellotti, 内木 宏延
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡）
  • 年月日: 2016-06-07 – 2016-06-09
• [備考] 研究代表者の主催する教室ホームページ
  • URL: http://byouri2.med.lab.u-fukui.ac.jp/