ヒト脳内金属動態における血液脳関門・血液クモ膜関門・血液脳脊髄液関門の役割の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究領域: 「生命金属科学」分野の創成による生体内金属動態の統合的研究
• 研究課題/領域番号: 22H04798
• 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, 准教授 (70583590)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 血液クモ膜関門 / 血液脳脊髄液関門 / 血液脳関門 / SWATH / qGAP

研究実績の概要

これまでの報告に基づくと、銅イオンは、脳室周辺組織に過剰に蓄積している。脳室に最も近い関門は、血液脳脊髄液関門である。そこで、血液脳関門・血液クモ膜関門・血液脳脊髄液関門における銅イオン輸送担体の発現量を測定した。その結果、銅輸送ATPaseであるATP7aおよびATP7b、hephaestinおよびcopper transporterであるCTR1の発現量が、血液脳関門や血液クモ膜関門に比べて、血液脳脊髄液関門において、顕著に高いことが明らかとなった。従って、血液脳脊髄液関門のこれらの銅イオン輸送分子の高発現が、脳室への銅イオンの積極的な供給と、それに続く脳室周囲組織への銅イオンの伝播に寄与したものと考えられる。
領域内の連携研究の成果として、グリコシルフォスファチジルイノシトール（GPI）アンカー型タンパク質との関連で興味深い結果が得られた：オルガネラの内腔に亜鉛を供給する初期分泌経路のZNT(ZNT5-ZNT6 heterodimer (ZNT5-6) およびZNT7 homodimer (ZNT7))が、細胞表面でのGPIアンカータンパク質の発現に必須であることを発見し、JBC誌にて発表した（J Biol Chem. 2022 Jun; 298(6): 102011. doi: 10.1016/j.jbc.2022.102011）。ZNT5-6とZNT7の亜鉛輸送機能の喪失は、phosphatidylinositol glycan anchor biosynthesis (PIG) 遺伝子を欠損した変異細胞と同様に、GPIアンカータンパク質の著しい減少をもたらす。メダカのZNT5とZNT7遺伝子を破壊すると、ゼブラフィッシュのPIG変異体と同様の触覚不感症の表現型が見られる。これらの知見は、これまで知られていなかった、初期分泌経路におけるGPIアンカータンパク質の発現制御とタンパク質品質管理に関する新たな知見を提供すると期待される。本成果は、JBC誌のみならず、第22回日本蛋白質科学会年会のワークショップ8「多彩な分野からなる「生命金属科学」の最前線」で発表した。

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

計画通り、それぞれの中枢関門について金属輸送担体を網羅的に同定し、定量できたため。

今後の研究の推進方策

定量プロテオミクス解析を基盤として、脳内金属分布の制御メカニズムを解析し、血液脳関門・血液クモ膜関門・血液脳脊髄液関門の役割の違いを整理する。

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] コシャン研究所/パリ第五大学/アルトワ大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: コシャン研究所/パリ第五大学/アルトワ大学
• [国際共同研究] 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: 東フィンランド大学
• [国際共同研究] ベーリンガーインゲルハイム(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ベーリンガーインゲルハイム
• [雑誌論文] A Human Blood-Arachnoid Barrier Atlas of Transporters, Receptors, Enzymes, Tight Junction and Marker Proteins: Comparison with Dog and Pig in Absolute Abundance (2022)
  • 著者名/発表者名: Uchida Y, Takeuchi H, Goto R, Braun C, Fuchs H, Ishiguro N, Takao M, Tano M, Terasaki T
  • 雑誌名: J Neurochem 巻: 161(2) ページ: 187-208
  • DOI: 10.1111/jnc.15599
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pharmacoproteomics of Brain Barrier Transporters and Substrate Design for the Brain Targeted Drug Delivery (2022)
  • 著者名/発表者名: Huttunen KM, Terasaki T, Urtti A, Montaser AB, Uchida Y
  • 雑誌名: Pharm Res 巻: 39(7) ページ: 1363-1392
  • DOI: 10.1007/s11095-022-03193-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Regional Differences in the Absolute Abundance of Transporters, Receptors and Tight Junction Molecules at the Blood-Arachnoid Barrier and Blood-Spinal Cord Barrier among Cervical, Thoracic and Lumbar Spines in Dogs (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi H, Suzuki M, Goto R, Tezuka K, Fuchs H, Ishiguro N, Terasaki T, Braun C, Uchida Y
  • 雑誌名: Pharm Res 巻: 39(7) ページ: 1393-1413
  • DOI: 10.1007/s11095-022-03275-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Zinc transport via ZNT5-6 and ZNT7 is critical for cell surface glycosylphosphatidylinositol-anchored protein expression (2022)
  • 著者名/発表者名: Wagatsuma T, Shimotsuma K, Sogo A, Sato R, Kubo N, Ueda S, Uchida Y, Kinoshita M, Kambe T
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 298(6) ページ: 102011
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Upregulation of ribosome complexes at the blood-brain barrier in Alzheimer's disease patients (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki M, Tezuka K, Handa T, Sato R, Takeuchi H, Takao M, Tano M, Uchida Y
  • 雑誌名: J Cereb Blood Flow Metab 巻: 42(11) ページ: 2134-2150
  • DOI: 10.1177/0271678X221111602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proteomics-based investigation of cerebrovascular molecular mechanisms in cerebral amyloid angiopathy by the FFPE-LMD-PCT-SWATH method (2022)
  • 著者名/発表者名: Handa T, Sasaki H, Takao M, Tano M, Uchida Y
  • 雑誌名: Fluids Barriers CNS 巻: 19(1) ページ: 56
  • DOI: 10.1186/s12987-022-00351-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantitative Targeted Absolute Proteomics for Better Characterization of an In Vitro Human Blood-Brain Barrier Model Derived from Hematopoietic Stem Cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Dehouck MP, Tachikawa M, Hoshi Y, Omori K, Maurage CA, Strecker G, Dehouck L, Boucau MC, Uchida Y, Gosselet F, Terasaki T, Karamanos Y
  • 雑誌名: Cells 巻: 11(24) ページ: 3963
  • DOI: 10.3390/cells11243963
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 輸送に関わる分子とその機能 (2022)
  • 著者名/発表者名: 赤川ラリブレダ、内田康雄
  • 雑誌名: 中外医学社Clinical Neuroscience 巻: 40(12) ページ: 1531-1534
• [学会発表] 次世代型定量プロテオミクスが拓く中枢関門研究の新地平 (2023)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 学会等名: 第6回日本質量分析学会東北談話会
  • 招待講演
• [学会発表] 新技術で拓かれる新たな中枢関門の正体 (2022)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 学会等名: 日本薬剤学会第37年会
  • 招待講演
• [学会発表] Next generation quantitative proteomics and its application to metal transport study (2022)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 学会等名: 第22回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 次世代型プロテオミクスで拓かれる新たな中枢関門の正体 (2022)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 学会等名: 第21 回医療薬学若手研究者セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 次世代型定量プロテオミクスによって拓かれる中枢関門研究の新地平 (2022)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 学会等名: 学術変革領域「脳分子探査」セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 血液脳関門に高発現するトランスポーターMFSD10の新規基質探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 赤川ラリブレダ、佐藤哲、神戸大朋 、内田康雄
  • 学会等名: 第61回日本薬学会東北支部大会
• [学会発表] 血液脳関門 MFSD10 による薬物の脳移行性と中枢作用の制限 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤哲、赤川ラリブレダ、内田康雄
  • 学会等名: 第61回日本薬学会東北支部大会
• [図書] Drug Delivery to the Brain - Physiological Concepts, Methodologies and Approaches - The second edition (2022)
  • 著者名/発表者名: Y Uchida, R Goto, T Usui, M Tachikawa and T Terasaki
  • 総ページ数: 812
  • 出版者: Springer
• [備考] 研究室ホームページ（内田康雄）
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/pharm/research/lab/Pharmaceutics_and_Therapeutics