in vivoにおけるミトコンドリア品質管理機構についての組織化学的評価

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25460276
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 小池 正人 順天堂大学, 医学部, 准教授 (80347210)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ミトコンドリア / オートファジー / リソソーム / マイトファジー / カテプシンD / サブユニットc

研究概要

本年度は、カテプシンD欠損マウスの神経細胞のリソソームにおいてミトコンドリア内膜のサブユニットcが蓄積する機構が、ミトコンドリアの非選択的なマクロオートファジーのみならず選択的なミトコンドリアのマクロオートファジーすなわちマイトファジーを介するのかについて、遺伝学的な検証を試みた。具体的にはマクロオートファジーに必須なAtg7遺伝子を神経系特異的に欠損させたマウス(Atg7F/F;Nes)ないし、マイトファジーに必須なParkin遺伝子を欠損したマウス(Parkin-/-)と、カテプシンD欠損(CD-/-)マウスとを交配しそれぞれのダブルノックアウトマウス(CD-/-Atg7F/F;NesないしCD-/-Parkin-/-マウス)の作成に成功した。これらダブルノックマウスにおいてサブユニットcの免疫陽性反応をCD-/-マウスと比較したところ、CD-/-Atg7F/F;Nesではサブユニットcのリソソームにおける陽性像がほとんど消失したのに対して、CD-/-Parkin-/-マウスでは陽性像が減弱するのみであった。このことは正常の神経細胞ではミトコンドリアは非選択的なマクロオートファジーにより分解される割合が高く、Parkinを介するマイトファジーの寄与はない訳ではないが必須ではないことを示唆している。

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、カテプシンD欠損マウスの神経細胞のリソソームにおいてミトコンドリア内膜のサブユニットcが蓄積する機構が、ミトコンドリアの非選択的なマクロオートファジーのみならず選択的なミトコンドリアのマクロオートファジーすなわちマイトファジーを介するのかについて、遺伝学的な検証を試みるための、マクロオートファジーに必須なAtg7遺伝子を神経系特異的に欠損させたマウス(Atg7F/F;Nes)ないし、マイトファジーに必須なParkin遺伝子を欠損したマウス(Parkin-/-)と、カテプシンD欠損(CD-/-)マウスとを交配しそれぞれのダブルノックアウトマウス(CD-/-Atg7F/F;NesないしCD-/-Parkin-/-マウス)の作成量産に成功した。これらを比較検討することで、マイトファジーがin vivoの中枢神経系においてどの程度寄与があるか、直接的に初めて明らかとすることが期待される。

今後の研究の推進方策

免疫組織化学は定量性に欠ける面があるため、対照群のマウスと、カテプシンD単独欠損マウス、ダブルノックアウトマウス(CD-/-Atg7F/F;NesないしCD-/-Parkin-/-マウス)において、ミトコンドリアとリソソームか区分を調整し、サブユニットcの蓄積の有無を定量的に検証することを目指す。免疫染色においては現在大脳皮質や、海馬、小脳などでの検証が主であるため、パーキンソン病と関係が深い黒質-線状体においての検討を進める。また、Parkin-/-マウスに更なるストレスを与えた際のマイトファジーの寄与に関する遺伝学的な検証を進める。

研究成果

• [雑誌論文] NF-Y inactivation causes atypical neurodegeneration characterized by ubiquitin and p62 accumulation and endoplasmic reticulum disorganization. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka T, Tosaki A, Kurosawa M, Matsumoto G, Koike M, Uchiyama Y, Maity SN, Shimogori T, Hattori N, Nukina N.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 5 ページ: 3354
  • DOI: 10.1038/ncomms4354
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enrichment of GABARAP relative to LC3 in the axonal initial segments of neurons (2013)
  • 著者名/発表者名: Koike M, Tanida I, Nanao T, Tada N, Iwata J, Ueno T, Kominami E, Uchiyama Y.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 ページ: e63568
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0063568. Print 2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuberin activates and controls the distribution of Rac1 via association with p62 and ubiquitin through the mTORC1 signaling pathway (2013)
  • 著者名/発表者名: Okura H, Kobayashi T, Koike M, Ohsawa M, Zhang D, Arai H, Uchiyama Y, Hino O.
  • 雑誌名: Int J Oncol 巻: 43 ページ: 447-456
  • DOI: 10.3892/ijo.2013.1984
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exendin-4 improves β-cell function in autophagy-deficient β-cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Abe H, Uchida T, Hara A, Mizukami H, Komiya K, Koike M, Shigihara N, Toyofuku Y, Ogihara T, Uchiyama Y, Yagihashi S, Fujitani Y, Watada H
  • 雑誌名: Endocrinology 巻: 154 ページ: 4512-4524
  • DOI: 10.1210/en.2013-1578. Epub 2013 Oct 8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local apoptosis modulates early mammalian brain development through the elimination of morphogen-producing cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Nonomura K, Yamaguchi Y, Hamachi M, Koike M, Uchiyama Y, Nakazato K, Mochizuki A, Sakaue-Sawano A, Miyawaki A, Yoshida H, Kuida K, Miura M.
  • 雑誌名: Dev Cell 巻: 27 ページ: 621-634
  • DOI: doi: 10.1016/j.devcel.2013.11.015
• [学会発表] GFP-GABARAPは神経細胞の軸索初節に集積する (2014)
  • 著者名/発表者名: 小池正人、谷田以誠、七尾友久、上野隆、内山安男
  • 学会等名: 第119回日本解剖学会総会全国学術集会
  • 発表場所: 自治医科大学
  • 年月日: 20140327-20140329
• [学会発表] 神経細胞におけるToll様受容体を介したオートファジー誘導機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 砂掘毅彦、小池正人、内山安男
  • 学会等名: 第119回日本解剖学会総会全国学術集会
  • 発表場所: 自治医科大学
  • 年月日: 20140327-20140329
• [学会発表] ニューロンの極性とp62/Nbr1について (2014)
  • 著者名/発表者名: 七尾友久、小池正人、山口隼司、砂掘毅彦、内山安男
  • 学会等名: 第119回日本解剖学会総会全国学術集会
  • 発表場所: 自治医科大学
  • 年月日: 20140327-20140329
• [学会発表] 中枢神経系におけるLC3A/Bの役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山口隼司、砂掘毅彦、七尾友久、佐々木光穂、小池正人、内山安男
  • 学会等名: 第119回日本解剖学会総会全国学術集会
  • 発表場所: 自治医科大学
  • 年月日: 20140327-20140329
• [学会発表] GFP-GABARAPは神経細胞の軸索初節に集積する (2014)
  • 著者名/発表者名: 小池正人
  • 学会等名: 第１９回グリアクラブ
  • 発表場所: KKR湯沢 ゆきぐに
  • 年月日: 20140228-20140302
• [学会発表] プルキンエ細胞特異的カテプシンD欠損およびAtg7欠損マウスの比較解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小池正人、柴田昌弘、砂堀毅彦、崎村健司、内山安男
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会 第56回日本神経化学会大会 第23回日本神経会路学会大会 合同大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 20130620-20130623
• [学会発表] シナプス前終末におけるAtg9A陽性膜小胞の準精製と特徴づけ (2013)
  • 著者名/発表者名: 山口隼司、七尾友久、佐々木光穂、小池正人、内山安男
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会 第56回日本神経化学会大会 第23回日本神経会路学会大会 合同大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 20130620-20130623
• [学会発表] 不完全にリプログラミングされたヒトiPS細胞は分化誘導に伴うゲノム不安定化を通してグリオーマ様腫瘍を形成する (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡田洋平、宮冬樹、小池正人、冨里周太、戸倉智子、石原康晴、下門大祐、服部千夏、兼松大介、金村米博、幸田和久、祖父江元、山中伸弥、柚崎通介、内山安男、池田栄二、角田達彦、岡野栄之
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会 第56回日本神経化学会大会 第23回日本神経会路学会大会 合同大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 20130620-20130623
• [学会発表] グルコセレブロシダーゼを完全に欠損したメダカは脳にアルファシヌクレイン凝集体を形成する (2013)
  • 著者名/発表者名: 上村紀仁、松井秀彰、藤原-石川智子、木下政人、小池正人、山門穂高、植村健吾、内山安男、武田俊一、藤堂剛、高橋良輔
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会 第56回日本神経化学会大会 第23回日本神経会路学会大会 合同大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 20130620-20130623