先天性大脳白質形成不全症の新規細胞病態：ER-Golgi体輸送障害

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H05361
• 研究機関: 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター
• 研究代表者: 井上 健 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 疾病研究第二部, 室長 (30392418)
• 研究分担者: 小坂 仁 自治医科大学, 医学部, 教授 (90426320)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 細胞病態 / ペリツェウス・メルツバッハー病 / 小胞体ストレス / 輸送障害

研究実績の概要

本研究では、髄鞘膜蛋白質PLP1のアミノ酸置換変異により中枢神経系の髄鞘形成不全を呈するPelizaeus-Merzbacher病（PMD）を引き起す新規の細胞病態機序を解明することを目的とする。従来言われてきた変異体PLP1蛋白質の病態はとして小胞体ストレスによって細胞に起こるunfolded protein response（UPR）の破綻による細胞死以外の細胞病態の介在が示唆されている。最近我々はUPRとは別に、変異体PLP1が他の正常な膜蛋白質や分泌蛋白質の輸送を障害する可能性を見出した。そこで、本研究では変異体PLP1がER-Golgi体輸送経路を障害することにより、細胞の恒常性維持に必要な蛋白質の輸送が障害されるという新たな病態モデルを提唱し、このモデルの検証とその細胞分子機序の解明を行う。本研究では、PMDの新規病態機序を明らかにするために、PLP1のアミノ酸置換変異体を用いて、HeLa細胞などの不死化細胞、マウスオリゴデンドロサイト（OLs）初代培養細胞、PMDモデルマウス、ヒトPMD患者由来iPS細胞を用いた細胞生物学的手法を用いた解析を実施する。昨年度に引き続き、変異体PLP1の分泌経路障害作用はどのような分子機序を介するのかについての検討を行った。これまでERからGolgi体への順方向の輸送経路において、ER exit siteにおける足場形成には異常はないものの、COPII小胞の形成の障害が起こるが示唆されたが、蛍光VSVGによるERからGolgi体への輸送が著明に障害されることを可視化することができた。またこの障害に細胞内カルシウム濃度の調整障害が関与していることが示唆された。

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

変異体PLP1によるグローバルな細胞内輸送障害の誘導に関する分子機序が明らかになってきた。この分子機序をまず細胞レベルの検証で明らかにした後に、モデル動物、患者由来細胞での検証に進む予定である。概ね、順調に進展している。

今後の研究の推進方策

変異体PLP1がCOPII小胞の形成に障害を来し、ER-Golgiの順方向輸送の可視化にて、ER-Golgiの順方向輸送が障害されることを証明した。これは変異体PLP1に関する新規の細胞病態と考えられる。また変異体PLP1がCOPII小胞の形成を障害する分子機序への足がかりとして、細胞内カルシウムの変化が関与する可能性が示唆されたので、今後この分子機序を明らかにしていく計画である。

研究成果

• [雑誌論文] A patient with peripheral demyelinating neuropathy, central dysmyelinating leukodystrophy, Waardenburg syndrome, and severe hypoganglionosis associated with a novel SOX10 mutation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Akutsu Y, Shirai K, Takei A, Goto Y, Aoyama T, Watanabe A, Imamura M, Enokizono T, Oto T, Hori T, Suzuki K, Hayashi M, Masumoto K, Inoue K.
  • 雑誌名: Am J Med Genet Part A. 巻: 176 ページ: 1195-1199
  • DOI: doi: 10.1002/ajmg.a.38657.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Association of impaired neuronal migration with cognitive deficits in extremely preterm infants. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kubo K, Deguchi K, Nagai T, Ito Y, Yoshida K, Endo T , Benner S , Shan W , Kitazawa A, Aramaki M , Ishii K , Shin M , Matsunaga Y , Hayashi K , Kakeyama M , Tohyama C , Tanaka KF, Tanaka K , Takashima S, Nakayama M, Itoh M , Hirata Y, Antalffy B, Armstrong DD, Yamada K, Inoue K, Nakajima K.
  • 雑誌名: JCI Insight 巻: 2 ページ: e88609
  • DOI: doi: 10.1172/jci.insight.88609.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cellular pathology of Pelizaeus-Merzbacher disease involving chaperones associated with endoplasmic reticulum stress. (2017)
  • 著者名/発表者名: Inoue K.
  • 雑誌名: Front. Mol. Biosci. 巻: 4 ページ: 7
  • DOI: doi: 10.3389/fmolb.2017.00007
  • オープンアクセス
• [学会発表] Development of treatment for Pelizaeus-Merzbacher disease: drug-repositioning approach targeting a novel cellular pathology. (2017)
  • 著者名/発表者名: K Inoue, H Li, Y Numata, H Saya, Y Goto.
  • 学会等名: 12th European Pediatric Neurology Society Congress.
  • 国際学会
• [学会発表] 統合脳画像収集システムIBISSを利用したPelizaeus-Merzbcher病の臨床画像解析と疾患レジストリへの展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上 健、住田 薫、高梨潤一、松田博史、佐々木征行、佐藤典子
  • 学会等名: 第59回日本小児神経学会
• [学会発表] 急性散在性脳脊髄炎(ADEM)を発症したPolIII関連白質ジストロフィーの一例 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松岡剛司, 比屋根真彦, 大府正治, 山本俊至, 小坂仁, 高梨潤一, 才津浩智, 井上健.
  • 学会等名: 第59回日本小児神経学会
• [学会発表] 遺伝性白質疾患の診断・治療・研究システムの構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小坂 仁，井上 健，三重野 牧子，吉田 誠克，久保田 雅也，佐々木 征行、松井 大，才津 浩智，髙梨 潤一，黒澤 健司，山本 俊至
  • 学会等名: 第59回日本小児神経学会
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳白質形成不全を呈する疾患原因の解明Congenital cerebral hypomyelination． (2017)
  • 著者名/発表者名: 小坂 仁，井上 健
  • 学会等名: 第59回日本小児神経学会
  • 招待講演
• [学会発表] Genetic, clinical, and imaging study of Pelizaeus-Merzbacher disease using the Integrative Brain Imaging Support System (IBISS). (2017)
  • 著者名/発表者名: Inoue K, Sumida K, Takanashi J, Matsuda H, Sasaki M, Sato N.
  • 学会等名: The American Society of Human Genetics Annual Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 小胞体－ゴルジ体輸送障害：Pelizaeus-Merzbacher病の新規細胞分子病態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上 健、李コウ、植松有里佳、後藤雄一
  • 学会等名: 第62回日本人類遺伝学会