新規V-1/CP複合体のヒト特異的な神経機能制御の解明と加齢疾患の予防・治療応用

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K07097
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 川畑 伊知郎 東北大学, 薬学研究科, 特任助教 (30579743)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: パーキンソン病 / 神経変性疾患 / V-1/CP複合体 / αシヌクレイン / ドパミン / 脂肪酸タンパク質 / FABP3 / バイオマーカー

研究実績の概要

高齢化社会を迎え、アルツハイマー病、パーキンソン病等の認知・運動疾患は増加の一途をたどっている。これらの神経疾患の発症メカニズムは解明されておらず、根本的な治療薬が未だ開発されていないため、その原因の解明と、新たな創薬基盤の開発が期待されている。申請者らはこれまでにV-1/CPという、脳において神経細胞に特異的に存在する機能未知であったタンパク質複合体が、ラットおよびマウスドパミン神経の生存維持に必須であり、その神経機能の活性化を著しく促進することを明らかにしてきた。さらにパーキンソン病ヒト剖検脳を用いた免疫組織化学的解析から、パーキンソン病で同複合体が消失し、また加齢にともない同複合体形成が低下することを見出した。これらの研究背景から、ヒトV-1/CP複合体がどのようにしてその形成能を失い、また同複合体を再賦活化可能な新規化合物を明らかにすることで、新たなヒト特異的な神経疾患の発症機序を理解し、その創薬基盤を樹立することを目的とする。
初年度は、パーキンソン病患者において増加するバイオマーカーの中から、疾患モデルにおけるヒトV-1/CP複合体の消失に関与するタンパク質を見出し、神経疾患における生理的意義を明らかにした。具体的には、脂肪酸結合タンパク質がドパミン神経毒性の発現に必須であることを明らかにし、同タンパク質の存在下においてのみ、V-1/CP複合体が消失することを見出した。ヒトV-1/CP複合体形成を生細胞でアッセイ可能な新規スクリーニング系を樹立し、同複合体を活性化する新たな化合物を見出した。これらの結果から、ドパミン神経の機能障害にFABP3が必須であり、パーキンソン病モデルにおけるV-1/CP複合体の消失に関与することが示唆された。また同複合体を再活性化可能と考えられる、強力な新規化合物を見出すことができた。

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

本年度は、新規V-1/CP複合体、特にヒト同複合体形成が加齢やパーキンソン病で低下するメカニズムを明らかにするために、実際にパーキンソン病で上昇または低下するバイオマーカーを探索し、神経変性モデルにおけるV-1/CP複合体形成の低下における生理的意義と分子機序の検討を行なった。また、加齢や神経疾患により消失したV-1/CP複合体を再活性化する化合物の探索とその薬理作用を明らかにするために、新たに構築したV-1/CP複合体形成の生細胞アッセイ系を用いてスクリーニング解析を行なった。パーキンソン病患者の血漿を測定した結果、多数のバイオマーカー群の増加および減少を見出し、そのうち脂肪酸結合タンパク質FABP3の増加が認められた。V-1/CP複合体はMPP+処置による神経毒性によりその形成能が低下する。そこでFABP3の神経変性における生理的意義と、V-1/CP複合体の活性化に及ぼす影響を明らかにするために、野生型またはFABP3ノックアウトマウス由来の培養ドパミン神経細胞を用い、MPP+誘発性パーキンソン病モデルを作製した。その結果MPP+処置は野生型においてV-1/CP複合体を乖離させる一方で、FABP3ノックアウトマウス由来ドパミン神経ではV-1/CP複合体の消失が認められなかった。さらにパーキンソン病の原因タンパク質と考えられているヒトαシヌクレイン・モノマーのドパミン神経取込みがFABP3依存的であることを明らかにしたが、取り込まれたαシヌクレイン・モノマーそのものによる同複合体の形成変化は認められなかった。またヒトV-1/CP複合体形成を生細胞でアッセイ可能な新規スクリーニング系を樹立し、同複合体形成を促進する化合物群のスクリーニング解析を行った結果、同複合体を活性化する新たな化合物を見出すことに成功した。

今後の研究の推進方策

まず、初年度に明らかになった、V-1/CP複合体を活性化する化合物の薬理作用とその作用機序を、各種チャネルブロッカーおよび阻害剤を用いて検証する。特にニコチン性アセチルコリン受容体およびNMDA受容体に着目して解析を行う。また、FABP3ノックアウトにより、神経変性プロセスにおいてV-1/CP複合体の消失が低下するため、FABP3依存的なドパミン神経の機能低下とV-1/CP複合体の機能消失の関連性と、そのメカニズムを検証する。特に神経変性疾患モデルにおいてFABP3依存的に障害されるミトコンドリア機能に着目して解析を行う。さらに、パーキンソン病で上昇する炎症マーカーをさらに検証し、FABP3以外の脂肪酸結合タンパク質による神経毒性の発現機序と、V-1/CP複合体の形成維持に必要なメカニズムを検証する。一方、ヒトV-1/CP遺伝子解析を進めており、ドパミン関連疾患患者においてV-1およびCP遺伝子のエクソン変異、またはプロモーター領域の変異は今のところ見出されていない。個発性パーキンソン病において、加齢や環境に起因するV-1/CP複合体の消失がドパミン機能の低下に関与すると推測され、直接的原因となる遺伝性疾患としての可能性は低いと考えられる。また申請者は、ヒトV-1/CP遺伝子において、げっ歯類やその他の霊長類にはないヒト特異的なプロモーター領域を同定した。V-1/CP複合体の上流カスケードが、ヒト特異的に発現する生理作用を検証し、ヒト神経疾患における脆弱性を明らかにする。上記の研究方法により予定通り実験計画を進め、ヒトV-1/CP複合体をターゲットとした創薬基盤の確立とその薬理作用の解明を目指す。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルス感染症に起因する発送の遅れにより、購入した免疫化学的解析用抗体の年度内納入が滞ったため。

研究成果

• [国際共同研究] フランス国立科学研究センター(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: フランス国立科学研究センター
• [雑誌論文] Fatty Acid Binding Protein 3 Enhances the Spreading and Toxicity of α-Synuclein in Mouse Brain (2020)
  • 著者名/発表者名: Yabuki Yasushi、Matsuo Kazuya、Kawahata Ichiro、Fukui Naoya、Mizobata Tomohiro、Kawata Yasushi、Owada Yuji、Shioda Norifumi、Fukunaga Kohji
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 ページ: 2230～2230
  • DOI: 10.3390/ijms21062230
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel fatty acid-binding protein 3 ligand inhibits dopaminergic neuronal death and improves motor and cognitive impairments in Parkinson's disease model mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Haga Hidaka、Yamada Ryo、Izumi Hisanao、Shinoda Yasuharu、Kawahata Ichiro、Miyachi Hiroyuki、Fukunaga Kohji
  • 雑誌名: Pharmacology Biochemistry and Behavior 巻: 191 ページ: 172891～172891
  • DOI: 10.1016/j.pbb.2020.172891
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fatty Acid-Binding Protein 3 is Critical for α-Synuclein Uptake and MPP+-Induced Mitochondrial Dysfunction in Cultured Dopaminergic Neurons (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawahata Ichiro, Bousset Luc, Melki Ronald, Fukunaga Kohji
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 20 ページ: 5358
  • DOI: 10.3390/ijms20215358
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Extracellular α‐synuclein enters dopaminergic cells by modulating flotillin‐1‐assisted dopamine transporter endocytosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi J., Hasegawa T., Sugeno N., Yoshida S., Akiyama T., Fujimori K., Hatakeyama H., Miki Y., Tomiyama A., Kawata Y., Fukuda M., Kawahata I., Yamakuni T., Ezura M., Kikuchi A., Baba T., Takeda A., Kanzaki M., Wakabayashi K., Okano H., Aoki M
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 33 ページ: 10240～10256
  • DOI: 10.1096/fj.201802051R
  • 査読あり
• [学会発表] 脂肪酸結合タンパク質FABP3による新たなαシヌクレインの細胞内取込み制御と神経変性機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川畑 伊知郎、Bousset Luc、Melki Ronald、福永 浩司
  • 学会等名: 第93回日本薬理学会年会
• [学会発表] Fatty-acid-binding protein 3 is critical for α-Synuclein uptake and MPP+-induced mitochondrial dysfunction in dopaminergic neurons (2020)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Kawahata, Luc Bousset, Ronald Melki, Kohji Fukunaga
  • 学会等名: 日本薬学会第140年会
• [学会発表] レビー小体関連疾患における新たな神経変性のメカニズムと創薬ターゲットの探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川畑 伊知郎、福永浩司
  • 学会等名: 第20回ブレインサイエンス研究会
• [学会発表] ドパミン関連神経疾患の新たな遺伝子解析戦略と創薬基盤の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川畑 伊知郎、岩本 恭典、星野 恭子、長谷川 一子、一瀬 宏、小林 和人、福永 浩司
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] Development of novel strategies for genetic analysis and drug discovery for the familial and sporadic dopamine-related disorders (2019)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Kawahata, Kyoko Hoshino, Kazuko Hasegawa, Hiroshi Ichinose, Kazuto Kobayashi, Kohji Fukunaga
  • 学会等名: The 6th Asian College of Neuropsychopharmacology Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 新規V-1/CP複合体を標的としたドパミン作動性機能の制御機構と新たな創薬戦略 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川畑 伊知郎、山國 徹、長谷川 一子、一瀬 宏、小林 和人、福永 浩司
  • 学会等名: 第46回日本脳科学会
• [備考]
  • URL: https://researchmap.jp/ichiro_kawahata