階層的生物評価系を用いた脳機能改善薬の創製

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 天然物ケミカルバイオロジー：分子標的と活性制御
• 研究課題/領域番号: 26102704
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 福永 浩司 東北大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (90136721)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: アルツハイマー病 / T型カルシウムチャネル / ノビレチン / L-シトルリン / 認知機能障害 / パーキンソン病 / ドパミン

研究実績の概要

天然物創薬研究ではシーズ探索の階層的生物評価系の確立が必須である。最初に、脳機能改善薬をスクリーニングするために、神経伝達物質遊離、脳内一酸化窒素遊離測定、神経細胞における Ca2+/カルモデュリン依存性プロテインキナーゼ II（CaMKII）活性、情動運動機能及び認知機能を評価する階層的生物評価系を確立した。これらの評価系を用いて、本研究では１）柑橘系果皮から抽出単離したノビレチンが T 型カルシウムチャネルを活性化して、海馬内でドパミン放出を促進すること、海馬神経細胞において CaMKII を活性化することを明らかにした。 CaMKII の活性化を介して、ドパミン合成の律速酵素であるチロシン水酸化酵素のリン酸化反応し、ドパミン合成が促進された。その結果、パーキンソン病モデルマウスである MPTP 処置マウスの認知機能と錐体外路系障害を改善した。次に、２）機能性食品（アミノ酸）である L-シトルリンが脳梗塞後の脳血管内皮細胞の一酸化窒素合成酵素（eNOS）を保護することにより、神経細胞死を抑制すること、L-アルギニン脳内投与法による一酸化窒素の産生が上昇することを明らかにした。その結果、脳梗塞モデルマウスでは、脳梗塞後の認知機能障害を改善された。これらの研究により、天然物ノビレチンおよび機能性食品 L-シトルリンの脳機能改善のメカニズムを解明し、有効性の医学的根拠を明らかにした。さらに、私達が構築した階層的生物評価系は天然物及び機能性食品の有効性を担保する新規の高次脳機能評価系として応用できる。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

柑橘系果皮成分ノビレチンや機能性食品 L-シトルリンはこれまでに末梢作用については多くの知見がある。しかし、中枢移行性が不明であることから脳機能改善作用のメカニズムは不明であった。最近、ノビレチンが中枢移行性に優れていることが他の研究により明らかになった。私達の研究は、経口投与したノビレチンが中枢で神経伝達物質の放出を促進することを示した初めての研究成果であり、今後、機能性食品としての開発を加速させることができる。実際に、ノビレチンを多く含む抑肝散がアルツハイマー病患者の周辺症状を改善するという臨床治験も得られている。

今後の研究の推進方策

１）L-シトルリン投与によりeNOS の保護作用を明らかにした。実際に脳内で一酸化窒素（NO）の産生が亢進するのかマイクロダイアリシス法で確認する。２）新たにATP 感受性カリウムチャネルを賦活化して、脳機能を改善するアダマンタン誘導体誘導体を創製した。階層的生物評価系を用いて、脳機能改善の作用機序を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Cognitive function and calcium. cognitive improvement through T type calcium channel stimulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukunaga K
  • 雑誌名: Clin Calcium 巻: 25 ページ: 247-254
  • DOI: CliCa1502247254.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Behavioral Sensitization by Methamphetamine in Junctophilin-Deficient Mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Moriguchi S, Nishi M, Sasaki Y, Takeshima H, Fukunaga K
  • 雑誌名: Mol Neurobiol 巻: 51 ページ: 533-542
  • DOI: 10.1007/s12035-014-8737-2.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The role of SIGMAR1 gene mutation and mitochondrial dysfunction in amyotrophic lateral sclerosis (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukunaga K, Shinoda Y, Tagashira H
  • 雑誌名: J Pharmacol Sci 巻: 127 ページ: 36-41
  • DOI: 10.1016/j.jphs.2014.12.012.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Methyl pyruvate rescues mitochondrial damage caused by SIGMAR1 mutation related to amyotrophic lateral sclerosis (2014)
  • 著者名/発表者名: Tagashira H, Shinoda Y, Shioda N, Fukunaga K
  • 雑誌名: Biochim Biophys Acta 巻: 1840 ページ: 3320-3334
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2014.08.012.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Peroxiredoxin 1 participates in ischemia-triggered endothelial polarization (2014)
  • 著者名/発表者名: Ye WF, Tao RR, Jiang Q, Huang JY, Lu NN, Lu YM, Fukunaga K, Wang H, Han F
  • 雑誌名: Neurosci Ther 巻: 20 ページ: 791-793
  • DOI: 10.1111/cns.12287.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] FABP3 Protein Promotes α-Synuclein Oligomerization Associated with 1-Methyl-1,2,3,6-tetrahydropiridine-induced Neurotoxicity (2014)
  • 著者名/発表者名: Shioda N, Yabuki Y, Kobayashi Y, Onozato M, Owada Y, Fukunaga K
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 289 ページ: 18957-18965
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.527341.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rivastigmine restores 5-HT1A receptor levels in the hippocampus of olfactory bulbectomized mice (2014)
  • 著者名/発表者名: Islam MR, Moriguchi S, Tagashira H, Fukunaga K
  • 雑誌名: Adv Alzheimers Dis 巻: 3 ページ: 128-136
  • DOI: 10.4236/aad.2014.33012.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrasonic visualization of propagation of myocardial vibration driven by electrical excitation of myocardium of rat in ex vivo experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujita Y, Tagashira H, Hasegawa H, Fukunaga K, Kanai H
  • 雑誌名: Jpn J Appl Physics 巻: 53 ページ: 07KF25
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.07KF25.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rivastigmine improves hippocampal neurogenesis and depression-like behaviors via 5-HT1A receptor stimulation in olfactory bulbectomized mice. (2014)
  • 著者名/発表者名: Islam MR, Moriguchi S, Tagashira H, Fukunaga K
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 272 ページ: 116-130
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2014.04.046.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Orphan receptor and chaperon functions of sigma-1 receptor (2014)
  • 著者名/発表者名: Fukunaga K
  • 雑誌名: Nihon Yakurigaku Zasshi 巻: 143 ページ: 263-264
  • DOI: 10.1254/fpj.143.263.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atg5 deficit exaggerates the lysosome formation and cathepsin B activation in mice brain after lipid nanoparticles injection (2014)
  • 著者名/発表者名: Lu NN, Liu J, Tian Y, Liao MH, Wang H, Lu YM, Tao RR, Hong LJ, Liu SS, Fukunaga K, Du YZ, Han F
  • 雑誌名: Nanomedicine 巻: 10 ページ: 1843-1852
  • DOI: 10.1016/j.nano.2014.03.019.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In vivo two-photon fluorescence microscopy reveals disturbed cerebral capillary blood flow and increased susceptibility to ischemic insults in diabetic mice (2014)
  • 著者名/発表者名: Huang JY, Li LT, Wang H, Liu SS, Lu YM, Liao MH, Tao RR, Hong LJ, Fukunaga K, Chen Z, Wilcox CS, Lai EY, Han F
  • 雑誌名: CNS Neurosci Ther 巻: 20 ページ: 816-822
  • DOI: 10.1111/cns.12268.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Aberrant CaMKII activity in the medial prefrontal cortex is associated with cognitive dysfunction in ADHD model rats (2014)
  • 著者名/発表者名: Yabuki Y, Shioda N, Maeda T, Hiraide S, Togashi H, Fukunaga K
  • 雑誌名: Brain Res 巻: 1557 ページ: 90-100
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2014.02.025.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nitrosative stress induces peroxiredoxin 1 ubiquitination during ischemic insult via E6AP activation in endothelial cells both in vitro and in vivo (2014)
  • 著者名/発表者名: Tao RR, Wang H, Hong LJ, Huang JY, Lu YM, Liao MH, Ye WF, Lu NN, Zhu DY, Huang Q, Fukunaga K, Lou YJ, Shoji I, Wilcox CS, Lai EY, Han F
  • 雑誌名: Antioxid Redox Signal 巻: 21 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1089/ars.2013.5381.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cardioprotective effect of the selective sigma-1 receptor agonist, SA4503 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirano K, Tagashira H, Fukunaga K
  • 雑誌名: Yakugaku Zasshi 巻: 134 ページ: 707-713
  • DOI: 10.1248/yakushi.13-00255-3.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Sigma-1 receptor agonist and fluvoxamine rescue depressive behaviors in CaMKIV null mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukunaga K, Sakagami H, Moriguchi S
  • 学会等名: Experimental Biology 2015
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2015-03-28 – 2015-04-01
• [学会発表] Disease-modifying therapeutics for Parkinson’s disease and amyotrophic lateral sclerosis (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukunaga K
  • 学会等名: 日本薬学会 第135年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-28
• [学会発表] 心疾患に伴ううつ症状のメカニズムと治療 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福永浩司
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] FABP3 promotes α-synuclein oligomerization in dopaminergic neurons (2014)
  • 著者名/発表者名: Fukunaga K, Shioda N, Morioka M, Owada Y
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington, DC, USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [備考] 東北大学大学院 薬学研究科 薬理学分野
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~yakuri/yakuri_top.html