輸送分子夾雑系の再構築に基づくヒト血液脳関門の薬物輸送システムの解明

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 分子夾雑の生命化学
• 研究課題/領域番号: 18H04534
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 内田 康雄 東北大学, 薬学研究科, 講師 (70583590)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 輸送分子夾雑系 / 血液脳関門 / トランスポーター / プロテオミクス / タンパク質絶対発現量 / 再構築

研究実績の概要

P糖タンパク質（P-gp/MDR1/ABCB1）とBCRP/ABCG2は、代表的なトランスポーターの2つである。多くの薬物は、この二つのトランスポーターによって、排出輸送を受ける。そこで、2019年度は、先ず、複数のトランスポーターによって作り出される輸送分子夾雑系を解明する手法の確立のためのモデルとして、この2トランスポーターに焦点を当て、in vivoの輸送分子夾雑系を解明できるかどうかを検証した。P-gpとBCRPについて、高発現させたin vitro細胞株とその親細胞株（発現させていない）を用いて、典型的な基質に対する輸送速度を計測し、高発現株と親細胞株の差からトランスポーターの輸送活性を求めた。液体クロマトグラフィ接続型質量分析装置を用いて、その細胞株における該当トランスポータータンパク質の存在量を定量した。輸送活性を存在量で割ることによって、1 molあたりの輸送活性を解明した。1 molあたりの輸送活性を、マウスの血液脳関門におけるトランスポーターのタンパク質存在量(mol)と統合することによって、in vivo血液脳関門での輸送活性を再構築した。実測値（マウスで計測）と比較した結果、良好にin vivoの血液脳関門の透過速度を再構築できていることが実証された。ヒトへの応用性を検証するため、ヒトに近いカニクイザルで同様の検証を行った結果、良好な結果が得られたため、ヒトの血液脳関門の輸送分子夾雑システムを解明するための方法が確立された。酸化ストレス等の病態時の血液脳関門の分子機構も解明し、トランスポーターの輸送機能を構成する因子を解明できた。独自に開発した網羅的定量プロテオミクス技術によって、正常および中枢疾患時における血液脳関門で発現する輸送担体の種類と量を一挙に把握でき、上述の再構築法と組み合わせることで、ヒト血液脳関門の輸送システムを定量的に理解できるようになった。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

・H Takeuchiが34th JSSX annual conferenceで英語口頭発表部門で優秀口頭発表賞を受賞（47演題中4演題）学部4年生が受賞するのは快挙。
・笠森ななが日本薬剤学会第34年会で永井財団大学院学生スカラシップ採択。
・後藤諒平が第41回生体膜と薬物の相互作用シンポジウムで口頭発表部門で優秀発表賞を受賞。

研究成果

• [国際共同研究] スイス連邦工科大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: スイス連邦工科大学
• [国際共同研究] Cochin Institute/パリ第五大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Cochin Institute/パリ第五大学
• [国際共同研究] ヘルシンキ大学/東フィンランド大学(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: ヘルシンキ大学/東フィンランド大学
• [国際共同研究] スタンフォード大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: スタンフォード大学
• [国際共同研究] Polish Academy of Sciences(ポーランド)
  • 国名: ポーランド
  • 外国機関名: Polish Academy of Sciences
• [雑誌論文] Distinct Transport Properties of Human Pannexin 1 and Connexin 32 Hemichannels. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tachikawa M, Akaogi R, Taii A, Akanuma SI, Uchida Y, Terasaki T.
  • 雑誌名: J Pharm Sci. 巻: 109(3) ページ: 1395-1402
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2019.12.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abundant Expression of OCT2, MATE1, OAT1, OAT3, PEPT2, BCRP, MDR1, and xCT Transporters in Blood-Arachnoid Barrier of Pig and Polarized Localizations at CSF- and Blood-Facing Plasma Membranes. (2020)
  • 著者名/発表者名: Uchida Y, Goto R, Takeuchi H, Luczak M, Usui T, Tachikawa M, Terasaki T.
  • 雑誌名: Drug Metab Dispos 巻: 48(2) ページ: 135-145
  • DOI: 10.1124/dmd.119.089516
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Targeted Proteomics-Based Quantitative Protein Atlas of Pannexin and Connexin Subtypes in Mouse and Human Tissues and Cancer Cell Lines. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tachikawa M, Kaneko Y, Ohtsuki S, Uchida Y, Watanabe M, Ohtsuka H, Terasaki T.
  • 雑誌名: J Pharm Sci. 巻: 109(2) ページ: 1161-1168
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2019.09.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidative stress-induced activation of Abl and Src kinases rapidly induces P-glycoprotein internalization via phosphorylation of caveolin-1 on tyrosine-14, decreasing cortisol efflux at the blood-brain barrier. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hoshi Y, Uchida Y, Tachikawa M, Ohtsuki S, Couraud PO, Suzuki T, Terasaki T.
  • 雑誌名: J Cereb Blood Flow Metab. 巻: 40(2) ページ: 420-436
  • DOI: 10.1177/0271678X18822801
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comparison of absolute protein abundances of transporters and receptors among blood-brain barriers at different cerebral regions and blood-spinal cord barrier in human and rat (2020)
  • 著者名/発表者名: Y Uchida, Y Yagi, M Takao, M Tano, M Umetsu, S Hirano, T Usui, M Tachikawa, and T Terasaki
  • 雑誌名: Mol Pharm 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] 4つの中枢関門の分子機構の解明に基づくヒトの脳内薬物濃度の予測と中枢疾患の新たな創薬フィールドの開拓 (2020)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 雑誌名: 薬事日報 巻: 12286 ページ: -
• [雑誌論文] Physiological and pharmacological roles of “Blood-Arachnoid Barrier”, a new interface of central nervous system: Importance of quantitative proteomics to open up a new world (2020)
  • 著者名/発表者名: Y Uchida
  • 雑誌名: Proteome Letters 巻: 1 ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Protein Expression in the Human Retinal Pigment Epithelium: Comparison Between Apical and Basolateral Plasma Membranes With Emphasis on Transporters. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hellinen L, Sato K, Reinisalo M, Kidron H, Rilla K, Tachikawa M, Uchida Y, Terasaki T, Urtti A.
  • 雑誌名: Invest Ophthalmol Vis Sci 巻: 60(15) ページ: 5022-5034
  • DOI: 10.1167/iovs.19-27328
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantification of ENT1 and ENT2 Proteins at the Placental Barrier and Contribution of These Transporters to Ribavirin Uptake. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishimura T, Sano Y, Takahashi Y, Noguchi S, Uchida Y, Takagi A, Tanaka T, Katakura S, Nakashima E, Tachikawa M, Maruyama T, Terasaki T, Tomi M.
  • 雑誌名: J Pharm Sci. 巻: 108(12) ページ: 3917-3922
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2019.09.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct roles of ezrin, radixin and moesin in maintaining the plasma membrane localizations and functions of human blood-brain barrier transporters. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hoshi Y, Uchida Y, Kuroda T, Tachikawa M, Couraud PO, Suzuki T, Terasaki T.
  • 雑誌名: J Cereb Blood Flow Metab. 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1177/0271678X19868880
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Toward a Consensus on Applying Quantitative Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry Proteomics in Translational Pharmacology Research: A White Paper. (2019)
  • 著者名/発表者名: Prasad B, Achour B, Artursson P, Hop CECA, Lai Y, Smith PC, Barber J, Wisniewski JR, Spellman D, Uchida Y, Zientek MA, Unadkat JD, Rostami-Hodjegan A.
  • 雑誌名: Clin Pharmacol Ther. 巻: 106(3) ページ: 525-543
  • DOI: 10.1002/cpt.1537
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Selective Protein Expression Changes of Leukocyte-Migration-Associated Cluster of Differentiation Antigens at the Blood-Brain Barrier in a Lipopolysaccharide-Induced Systemic Inflammation Mouse Model without Alteration of Transporters, Receptors or Tight Junction-Related Protein. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato K, Tachikawa M, Watanabe M, Uchida Y, Terasaki T.
  • 雑誌名: Biol Pharm Bull. 巻: 42(6) ページ: 944-953
  • DOI: 10.1248/bpb.b18-00939
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amyloid beta(25-35) impairs docosahexaenoic acid efflux by down-regulating fatty acid transport protein 1 (FATP1/SLC27A1) protein expression in human brain capillary endothelial cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ochiai Y, Uchida Y, Tachikawa M, Couraud PO, Terasaki T.
  • 雑誌名: J Neurochem. 巻: 150(4) ページ: 385-401
  • DOI: 10.1111/jnc.14722
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of Blood-Brain Barrier-Permeable Proteins Derived from a Peripheral Organ: In Vivo and in Vitro Evidence of Blood-to-Brain Transport of Creatine Kinase. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato K, Tachikawa M, Watanabe M, Miyauchi E, Uchida Y, Terasaki T.
  • 雑誌名: Mol Pharm. 巻: 16(1) ページ: 247-257
  • DOI: 10.1021/acs.molpharmaceut.8b00975
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cluster of Differentiation 46 Is the Major Receptor in Human Blood-Brain Barrier Endothelial Cells for Uptake of Exosomes Derived from Brain-Metastatic Melanoma Cells (SK-Mel-28). (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuroda H, Tachikawa M, Yagi Y, Umetsu M, Nurdin A, Miyauchi E, Watanabe M, Uchida Y, Terasaki T.
  • 雑誌名: Mol Pharm. 巻: 16(1) ページ: 292-304
  • DOI: 10.1021/acs.molpharmaceut.8b00985
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of Claudin-11 in Disruption of Blood-Brain, -Spinal Cord, and -Arachnoid Barriers in Multiple Sclerosis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Uchida Y, Sumiya T, Tachikawa M, Yamakawa T, Murata S, Yagi Y, Sato K, Stephan A, Ito K, Ohtsuki S, Couraud PO, Suzuki T, Terasaki T.
  • 雑誌名: Mol Neurobiol. 巻: 56(3) ページ: 2039-2056
  • DOI: 10.1007/s12035-018-1207-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 中枢疾患時の血液脳関門P糖タンパク質の機能変動機構の解明と中枢関門創薬への新展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄、臼井拓也、寺崎哲也
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 271(1) ページ: 104-111
• [雑誌論文] 次世代型定量プロテオミクスに基づく中枢関門の新規密着結合分子の同定および多発性硬化症の中枢関門破綻への関与 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 雑誌名: ファルマシア 巻: 55 ページ: 320-324
• [雑誌論文] Uniprotデータベース (2019)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 雑誌名: ファルマシア 巻: 55 ページ: 335_3
• [雑誌論文] 輸送分子夾雑系の再構築に基づくヒト血液脳関門の薬物輸送システムの解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 雑誌名: CMCB NEWS LETTER 巻: - ページ: -
• [学会発表] 定量プロテオミクスに基づく血液脳関門の輸送機能および病態変動機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄（日本薬学会奨励賞受賞講演）
  • 学会等名: 日本薬学会 第140年会
  • 招待講演
• [学会発表] 定量プロテオミクスを用いたヒト脈絡叢における膜タンパク質の網羅的発現解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 臼井拓也、内田康雄、後藤諒平、三城智人、田野光敏、高尾昌樹、寺崎哲也
  • 学会等名: 日本薬学会 第140年会
• [学会発表] SWATH定量プロテオミクスに基づくヒト小児てんかんの焦点部位における血液脳関門と脳実質組織の病態変動機構の網羅的解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤理沙、内田康雄、大森広太郎、梅津美奈、Gerald Grant、Brenda Porter、Anthony Bet、立川正憲、臼井拓也、寺崎哲也
  • 学会等名: 日本薬学会 第140年会
• [学会発表] 定量プロテオミクスによるヒト血液クモ膜関門における薬物輸送担体及び薬物代謝酵素の発現量解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹内妃奈、内田康雄、後藤諒平、臼井拓也、田野光敏、高尾昌樹、寺崎哲也
  • 学会等名: 日本薬学会 第140年会
• [学会発表] Laser Microdissectionを用いたホルマリン固定パラフィン包埋切片の病変部位特異的なプロテオミクス定量系の確立：胆管結紮マウス肝臓のタンパク質発現量変動解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 半田拓巳、内田康雄、佐々木颯、臼井拓也、寺崎哲也
  • 学会等名: 日本薬学会 第140年会
• [学会発表] Key Issues and Our Solutions in Transporter Proteomics (2019)
  • 著者名/発表者名: Y Uchida
  • 学会等名: The Seminar of University of Eastern Finland, School of Pharmacy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Blood-brain barrier P-glycoprotein activation as a new potential therapy of brain infarct (2019)
  • 著者名/発表者名: Y Uchida
  • 学会等名: 34th JSSX annual conference
  • 招待講演
• [学会発表] Discovery of up- or down-regulated proteins in recurrent glioblastoma by SWATH-MS analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: S Kawarada, Y Uchida, S Tamai, M Nakada, T Terasaki
  • 学会等名: 34th JSSX annual conference
  • 招待講演
• [学会発表] Anti-epileptic drug metabolizing enzymes are upregulated at the blood-brain barrier in pharmacoresistant childhood epilepsy: SWATH-based comprehensive quantitative proteomic study (2019)
  • 著者名/発表者名: R Sato, Y Uchida, K Omori, M Umetsu, G Grant, B Porter, A Bet, M Tachikawa, T Usui, and T Terasaki
  • 学会等名: 34th JSSX annual conference
• [学会発表] OCT2 protein is expressed in CSF side of the porcine blood-arachnoid barrier, while MATE1 is in blood side: Application of qTAP to transporter localization (2019)
  • 著者名/発表者名: H Takeuchi, Y Uchida, R Goto, M Luczak, T Usui and T Terasaki
  • 学会等名: 34th JSSX annual conference
• [学会発表] Next generation quantitative proteomics “SWATH-MS法” (2019)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 学会等名: 東京大学大学院薬学系研究科セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 網羅的かつ高精度なトランスポーター基質探索に向けたカクテル輸送実験におけるSWATH一斉定量法の評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 笠森なな、内田康雄、寺崎哲也
  • 学会等名: 日本薬剤学会第34年会
• [学会発表] 網羅的定量プロテオミクスSWATH法を用いた神経膠芽腫における初発と再発腫瘍組織のタンパク質発現解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川原田翔平、内田康雄、玉井翔、中田光俊、寺崎哲也
  • 学会等名: 日本薬剤学会第34年会
• [学会発表] 脈絡叢と脳軟髄膜の標的プロテオミクス解析：ブタ1 頭あたりの脈絡叢と脳軟髄膜におけるトランスポータータンパク質の発現量解析と膜タンパク質の膜局在の網羅的解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 後藤諒平、内田康雄、竹内妃奈、Magdalena Luczak、臼井拓也、立川正憲、寺崎哲也
  • 学会等名: 第41回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
• [学会発表] 薬剤耐性型てんかん患者の血液脳関門で薬物代謝酵素が発現上昇する。 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤理沙、内田康雄、大森広太郎、梅津美奈、Gerald Grant、Brenda Porter、Anthony Bet、立川正憲、臼井拓也、寺崎哲也
  • 学会等名: 第58回日本薬学会東北支部大会
• [学会発表] ブタ血液クモ膜関門におけるトランスポーター13分子の局在一斉解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹内妃奈、内田康雄、後藤諒平、Magdalena Luczak、臼井拓也、寺崎哲也
  • 学会等名: 第58回日本薬学会東北支部大会
• [学会発表] 輸送分子夾雑系の再構築に基づくヒト血液脳関門の薬物輸送システムの解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 学会等名: 新学術領域研究「分子夾雑の生命化学」平成３１年度 領域会議
• [図書] Blood-arachnoid barrier as a dynamic physiological and pharmacological interface between cerebrospinal fluid and blood (2020)
  • 著者名/発表者名: Y Uchida, R Goto, T Usui, M Tachikawa and T Terasaki
  • 総ページ数: -
  • 出版者: Springer
• [備考] 研究室ホームページ（内田康雄）
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~soutatsu/dds/profile/uchida.htm