内在性Nogo受容体アンタゴニストLOTUSによる多発性硬化症治療法の開発

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 脳内環境：恒常性維持機構とその破綻
• 研究課題/領域番号: 26111718
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 竹居 光太郎 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (40202163)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 神経科学 / 生体機能利用 / 再生医学 / 生体分子 / 移植・再生医療

研究実績の概要

我々はマウス胎生期脳の嗅索形成を担う新規分子LOTUSを発見した。続いてLOTUSの相互作用分子としてNogo 受容体（Nogo receptor-1: NgR1）を同定した。NgR1はミエリン膜に存在する3種の神経再生阻害因子、およびTNFファミリーのBLySやコンドロイチン硫酸に共通する受容体で、神経細胞がNgR1を介してこれらの因子を受容すると神経突起伸長が著しく阻害される。このことから、NgR1は中枢神経系の再生を困難にする主要因と考えられているが、近年、国の難病に指定されている多発性硬化症（MS）では、自己免疫性脱随による神経変性の進行にNogoとNgR1の相互作用が深く関わることが多々報告された。LOTUSは強力なNgR1の内在性拮抗物質（アンタゴニスト）として働くため、NgR1の機能制御物質として最も有力な分子である。本研究では、内在性NgR1アンタゴニストLOTUSによる脳内環境制御法を確立し、MSの新しい治療法の創成を目的とし、LOTUS遺伝子欠損（LOTUS-KO）マウスやLOTUS遺伝子過剰発現（LOTUS-TG）マウスを用い、ヒトMS様の症状を呈する実験的自己免疫性脳脊髄炎（EAE）モデル動物を作製し、MS様症状に対するLOTUSによる改善効果を検証した。
まず最初に、EAEマウスから得たリンパ球を培養してLOTUSリコンビナント蛋白質を添加したところ、LOTUSはリンパ球に強く結合し、IL-17産生を惹起して免疫応答を増強させた。次に、LOTUS-KOマウスおよびLOTUS-TGマウスからEAEモデル動物を作製したところ、予想に反し、LOTUS-KOマウスでは野生型に比してEAE発症時期が遅れ、また発症度が抑制されていたのに対し、LOTUS-TGマウスではEAE発症時期は野生型とほぼ同時期であったが、発症度がやや増強されMS様病態が悪化していた。

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

平成26年度に計画したリンパ球における解析と、LOTUS変異マウスを用いたEAEマウス作製とその表現型解析はほぼ終了した。
EAEマウスから得たリンパ球を培養してLOTUSリコンビナント蛋白質を添加したところ、LOTUSはリンパ球に強く結合し、IL-17産生を惹起して免疫応答を増強させた。これは予想に反した結果で、LOTUSがリンパ球に結合することで免疫反応が増強し、MS様病態を悪化させたことを意味する。LOTUSは治療薬として奏功すると当初想定したが、逆に創薬ターゲットになる可能性が示唆された。次に、LOTUS-KOマウスおよびLOTUS-TGマウスからEAEモデル動物を作製したところ、これも予想に反し、LOTUS-KOマウスでは野生型に比してEAE発症時期が遅れ、また発症度が抑制されていたのに対し、LOTUS-TGマウスではEAE発症時期は野生型とほぼ同時期であったが、発症度がやや増強されMS様病態が悪化していた。これらのことは、LOTUSが過剰に発現するとMS様病態が悪化し、LOTUSが欠損することで病態改善が見られるという結果を示す。即ち、LOTUSを標的とした治療法が考えられることになる。

今後の研究の推進方策

当初の予想に反した結果が得られたため、平成27年度に予定していた治療薬候補としてのLOTUSタンパク製剤の投与は病態悪化を招く可能性が考えられる。ただし、発症初期における結果である可能性も高く、発症後期の神経変性が進行する時期においては逆にLOTUS投与によって病態改善が見込まれる可能性も残る。従って、LOTUS投与が発症時期の違いによって異なる効果を示す可能性があるため、発症前期と発症後期に分けてLOTUS投与実験を行う。
次に、リンパ球と結合したLOTUSの結合相手は、Nogo受容体ノックアウトマウスのリンパ球でもLOTUSが結合したことから、Nogo受容体以外の未知の結合分子が想定されるため、高効率で免疫沈降ができるSBP-FRAG-LOTUSを作製し、高効率免疫沈降法によって回収したLOTUS結合分子の同定を質量分析によって試みる。LOTUSと目的の結合分子との結合を阻害することが治療法の開発につながると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Association of cerebrospinal fluid levels of lateral olfactory usher substance protein with disease activity in multiple sclerosis (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, K., Kurihara, Y., Suzuki, Y., Goshima, Y., Tanaka, F., and Takei, K.
  • 雑誌名: JAMA Neurology 巻: 72 ページ: 176-179
  • DOI: 10.1001/jamaneurol.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crmp4 deletion promotes recovery from spinal cord injury by neuroprotection and limited scar formation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagai, J., Kitamura, Y., Owada, K., Yamashita, N., Takei, K., Goshima, Y., Ohshima, T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 8269
  • DOI: 10.1038/srep08269
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] LOTUS suppresses axon growth inhibition by blocking interaction between Nogo receptor-1 and all four types of its ligand. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kurihara, Y., Iketani, M., Ito, H., Nishiyama, K., Sakakibara, Y., Goshima, and Y. Takei, K.
  • 雑誌名: Molecular Cellular Neuroscience 巻: 61 ページ: 211-218
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] PlexinA4-dependent retrograde Semaphorin3A signaling regulates the dendritic localization of GluA2-containing AMPA receptors. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, N., Usui, H., Nakamura, F., Chen, S., Sasaki, Y., Hida, T., Suto, F., Taniguchi, M., Takei, K., and Goshima, Y.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 ページ: 3424
  • DOI: 10.1038/ncomms4424
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] LOTUSはコンドロイチン硫酸プロテオグリカンにより誘起される軸索伸長阻害を抑制する. (2014)
  • 著者名/発表者名: 栗原裕司, 齋藤優, 竹居光太郎
  • 学会等名: 第37回日本神経科学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] 脊髄損傷後の神経再生における内在性Nogo受容体アンタゴニストLOTUSの役割. (2014)
  • 著者名/発表者名: 廣川智子, 榊原裕介, 栗原裕司, 池谷真澄, 五嶋良郎, 竹居光太
  • 学会等名: 第37回日本神経科学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [備考] 横浜市立大学大学院生命医科学研究科生体医科学部門生体機能医科学研究室（竹居研究室）
  • URL: http://yokohama-cu-mbs-lotus.jp/