膜輸送体OCTN1による神経細胞の機能制御機構とうつ病治療への応用に関する研究

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25460092
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 中道 範隆 金沢大学, 薬学系, 准教授 (10401895)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 脳・神経 / 脳神経疾患 / 神経科学 / 薬理学 / 輸送担体

Research Abstract

研究代表者は、カルニチン/有機カチオントランスポーターOCTN1が神経系前駆細胞や神経細胞に機能的に発現しており、神経細胞の分化や成熟に関与することを明らかとした。しかしながら、OCTN1による神経細胞機能調節メカニズムやOCTN1の病態生理学的意義は明らかとなっていない。そこで本研究では、octn1遺伝子欠損（octn1-/-）マウスやoctn1遺伝子過剰発現細胞、OCTN1に特異性の高い生体内基質ergothioneine（ERGO）を用いて、それらの解明を試みた。先ず、octn1-/-マウス胎児脳より神経系前駆細胞および神経細胞の培養系を確立した。次に、octn1遺伝子過剰発現細胞への[3H]ERGOの取り込みに抗うつ薬が及ぼす影響を検討したところ、OCTN1を介した[3H]ERGOの細胞内への取り込みに及ぼす阻害効果は、選択的セロトニン再取り込み阻害薬（SSRI）であるparoxetine、 fluoxetineが最も強く、続いて三環系抗うつ薬desipramine、imipramine、SSRIのfluvoxamineの順であった。したがって、OCTN1は種々の抗うつ薬に親和性を有し、その基質輸送能が抗うつ薬によって阻害される可能性が示された。次に、ERGOを混合した餌をマウスに2週間投与後、抗うつ薬の評価系である強制水泳試験および尾懸垂試験を行い、マウスの無動時間をうつ症状の指標としてERGOの抗うつ効果を評価した。その結果、両試験におけるマウスの無動時間は、コントロール群に比べERGO投与群で有意に短縮された。したがって、ERGOはOCTN1を介して脳へと送達され、抗うつ作用を有する可能性が示された。今後はoctn1-/-マウス由来の培養神経系前駆細胞や神経細胞を用いたOCTN1による神経細胞機能調節メカニズムの解明や、in vivoにおいても抗うつ薬がOCTN1の基質動態に影響を及ぼす可能性、OCTN1基質ERGOによる抗うつ作用メカニズムについて検討し、OCTN1の病態生理学的意義の解明を試みる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は、octn1-/-マウスやoctn1遺伝子過剰発現細胞、OCTN1に特異性の高い生体内基質ERGOを用いて、OCTN1による神経細胞機能調節メカニズムやOCTN1の病態生理学的意義を明らかにすることを目的として行っている。OCTN1による神経細胞機能調節メカニズムの解明については、本年度にoctn1-/-マウス胎児脳より神経系前駆細胞および神経細胞の培養系が確立できたので、予定よりやや遅れ気味ではあるものの、次年度以降速やかに細胞内メカニズム解析に着手できる。抗うつ薬とOCTN1基質輸送能の関係を明らかとすることによりOCTN1の病態生理学的意義を明らかにしようとする試みは、おおむね予定通りの進行である。また、OCTN1の生体内基質ERGOによる抗うつ効果の検討によりOCTN1の病態生理学的意義を明らかにしようとする試みは、予定よりも早く成果を上げることができた。以上より、本研究計画の現在までの達成度は「おおむね順調に進展している。」と考えられる。

Strategy for Future Research Activity

【OCTN1と関連する神経細胞内因子の探索】野生型マウスとoctn1-/-マウスより単離した培養3日目の神経系前駆細胞あるいは培養1日目の神経細胞において、遺伝子発現変動解析を行う。培養3日目の神経系前駆細胞において両マウス間で発現変動の見られた遺伝子を「神経分化関連候補因子」、培養1日目の神経細胞において発現変動の見られたものを「神経成熟関連候補因子」とする。
【OCTN1が抗うつ薬の体内動態に及ぼす影響の検討】OCTN1と相互作用する可能性が示された抗うつ薬をoctn1遺伝子過剰発現細胞と空ベクターを導入した対照細胞に曝露した後、細胞中への取り込み量をHPLCあるいはLC/MS/MSによって定量し、OCTN1の基質となる可能性について検討する。In vitro試験において基質となる可能性が示された抗うつ薬に関しては、野生型マウスとoctn1-/-マウスに脳室内および静脈内投与した後、血中および臓器中濃度推移を比較することにより、in vivoでもOCTN1の基質となることを示す。
【OCTN1のうつ病発症への関与の検討】野生型マウスおよびoctn1-/-マウスにおいて強制水泳試験および尾懸垂試験を行い、両マウス間で無動時間に差が見られるかを検討する。また、試験後のマウスから脳を摘出し、【OCTN1と関連する神経細胞内因子の探索】において変化の見られた因子の発現変動について定量PCR法、Western blot法および免疫染色法による解析を行い、OCTN1のうつ病発症への関与について検討する。
【OCTN1基質によるうつ症状改善効果作用機序の検討】高ERGO含有餌の投与により血中ERGO濃度が定常となったマウスおよび通常餌を同期間与えたマウスにおいて【OCTN1のうつ病発症への関与の検討】と同様の解析を行い、OCTN1の良好な生体内基質であるERGOによるうつ症状改善効果の作用機序について検討する。

Research Products

• [Journal Article] Organic cation transporter-mediated ergothioneine uptake in mouse neural progenitor cells suppresses proliferation and promotes differentiation into neurons (2014)
  • Author(s): Takahiro Ishimoto, Noritaka Nakamichi, Hiroshi Hosotani, Yusuke Masuo, Tomoko Sugiura and Yukio Kato
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 9(2) Pages: e89434
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0089434
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interaction of novel platelet-increasing agent eltrombopag with rosuvastatin via breast cancer resistance protein in human (2014)
  • Author(s): Kazuya Takeuchi, Tomoko Sugiura, Kazuki Matsubara, Ren Sato, Takuya Shimizu, Yusuke Masuo, Masato Horikawa, Noritaka Nakamichi, Norihisa Ishiwata and Yukio Kato
  • Journal Title: Drug Metab. Dispos. Volume: 42(4) Pages: 726-734
  • DOI: 10.1124/dmd.113.054767
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct inhibition and down-regulation by uremic plasma components of hepatic uptake transporter for SN-38, an active metabolite of irinotecan, in humans (2013)
  • Author(s): Ken-ichi Fujita, Tomoko Sugiura, Hidenori Okumura, Saki Umeda, Noritaka Nakamichi, Yusuke Watanabe, Hiromichi Suzuki, Yu Sunakawa, Ken Shimada, Kaori Kawara, Yasutsuna Sasaki and Yukio Kato
  • Journal Title: Pharm. Res. Volume: 31(1) Pages: 204-215
  • DOI: 10.1007/s11095-013-1153-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of carnitine/organic cation transporter OCTN1/SLC22A4 in gastrointestinal absorption of metformin (2013)
  • Author(s): Noritaka Nakamichi, Hiroyo Shima, Satoshi Asano, Takahiro Ishimoto, Tomoko Sugiura, Kazuki Matsubara, Hiroyuki Kusuhara, Yuichi Sugiyama, Yoshimichi Sai, Ken-ichi Miyamoto, Akira Tsuji and Yukio Kato
  • Journal Title: J. Pharm. Sci. Volume: 102(9) Pages: 3407-3417
  • DOI: 10.1002/jps.23595
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Myosin VI reduces proliferation, but not differentiation, in pluripotent P19 cells (2013)
  • Author(s): Takeshi Takarada, Miki Kou, Noritaka Nakamichi, Masato Ogura, Yuma Ito, Ryo Fukumori, Hiroshi Kokubo, Gabriela B. Acosta, Eiichi Hinoi and Yukio Yoneda
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 8(5) Pages: e63947
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0063947
  • Peer Reviewed
• [Presentation] GABA受容体作用薬の効果に及ぼす有機カチオントランスポーターOCTN1の関与 (2014)
  • Author(s): 中道 範隆, 西山 美沙, 石本 尚大, 増尾 友佑, 加藤 将夫
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本大学（熊本県）
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 膜輸送体octn1遺伝子欠損マウスの海馬におけるシナプス形成異常 (2014)
  • Author(s): 中道 範隆, 田中 悠一, 石本 尚大, 細谷 拓史, 増尾 友佑, 加藤 将夫
  • Organizer: 第87回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県）
  • Year and Date: 20140319-20140321
• [Presentation] 食物由来抗酸化物質エルゴチオネインによるうつ症状軽減作用のメカニズム (2014)
  • Author(s): 石本 尚大, 中道 範隆, 中山 敬悟, 増尾 友佑, 加藤 将夫
  • Organizer: 第87回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県）
  • Year and Date: 20140319-20140321
• [Presentation] Food-derived antioxidant ergothioneine is distributed to the brain and reduces depression symptoms in mice (2013)
  • Author(s): Takahiro Ishimoto, Noritaka Nakamichi, Keigo Nakayama, Yusuke Masuo and Yukio Kato
  • Organizer: 第7回次世代を担う若手医療薬科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学片平キャンパス（宮城県）
  • Year and Date: 20131123-20131124
• [Presentation] 神経幹細胞に発現するOCTN1の機能と病態生理学的意義 (2013)
  • Author(s): 中道 範隆, 石本 尚大, 中山 敬悟, 増尾 友佑, 加藤 将夫
  • Organizer: 第35回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都）
  • Year and Date: 20131121-20131122
• [Presentation] 脳移行性抗酸化物質エルゴチオネインの神経分化促進作用 (2013)
  • Author(s): 石本 尚大, 中道 範隆, 中山 敬悟, 増尾 友佑, 加藤 将夫
  • Organizer: 第125回日本薬学会北陸支部会
  • Place of Presentation: 北陸大学薬学部（石川県）
  • Year and Date: 20131117-20131117
• [Presentation] 膜輸送体octn1の遺伝子欠損が神経発達関連遺伝子に及ぼす影響 (2013)
  • Author(s): 田中 悠一, 中道 範隆, 石本 尚大, 細谷 拓史, 増尾 友佑, 加藤 将夫
  • Organizer: 第125回日本薬学会北陸支部会
  • Place of Presentation: 北陸大学薬学部（石川県）
  • Year and Date: 20131117-20131117
• [Presentation] キノコ由来抗酸化成分エルゴチオネインの抗うつ作用 (2013)
  • Author(s): 中道 範隆, 中山 敬悟, 石本 尚大, 増尾 友佑, 関口 博太, 須藤 慶太, 杉 正人, 宇住 晃治, 加藤 将夫
  • Organizer: 第23回日本臨床精神神経薬理学会/第43回日本神経精神薬理学会 合同年会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県）
  • Year and Date: 20131024-20131026
• [Presentation] 腎障害患者血清によるイリノテカン活性代謝物SN-38肝取り込みトランスポーターの阻害と発現抑制 (2013)
  • Author(s): 奥村 英典, 藤田 健一, 増尾 友佑, 杉浦 智子, 中道 範隆, 渡辺 裕輔, 鈴木 洋通, 砂川 優, 嶋田 顕, 河原 香織, 佐々木 康綱, 加藤 将夫
  • Organizer: 日本薬物動態学会第28回年会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都）
  • Year and Date: 20131009-20131011
• [Presentation] OCTN1/SLC22A4の生体内基質エルゴチオネインの脳内分布と抗うつ作用 (2013)
  • Author(s): 中山 敬悟, 中道 範隆, 石本 尚大, 杉浦 智子, 増尾 友佑, 若山 友彦, 井関 尚一, 関口 博太, 須藤 慶太, 杉 正人, 宇住 晃治, 加藤 将夫
  • Organizer: 日本薬物動態学会第28回年会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都）
  • Year and Date: 20131009-20131011
• [Presentation] NASHモデルマウスにおけるトランスポーターOCTN1の発現と局在 (2013)
  • Author(s): 増尾 友佑, 杉浦 智子, 酒井 佳夫, 原田 龍一, 若山 友彦, 中道 範隆, 井関 尚一, 金子 周一, 加藤 将夫
  • Organizer: 日本薬物動態学会第28回年会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都）
  • Year and Date: 20131009-20131011
• [Presentation] 食物由来抗酸化物質エルゴチオネインによる神経分化促進とうつ症状軽減作用 (2013)
  • Author(s): 石本 尚大, 中道 範隆, 中山 敬悟, 増尾 友佑, 加藤 将夫
  • Organizer: 次世代を担う創薬・医療薬理シンポジウム2013
  • Place of Presentation: 熊本大学薬学部（熊本県）
  • Year and Date: 20130831-20130831
• [Presentation] タモギタケエキス末含有成分エルゴチオネインは神経新生を促し抗うつ作用を示す (2013)
  • Author(s): 中道 範隆, 中山 敬悟, 石本 尚大, 増尾 友佑, 関口 博太, 須藤 慶太, 杉 正人, 宇住 晃治, 加藤 将夫
  • Organizer: 第8回遺伝子栄養学研究会学術集会
  • Place of Presentation: 北広島クラッセホテル（北海道）
  • Year and Date: 20130802-20130802
• [Presentation] Neuronal development regulated by solute carrier OCTN1/SLC22A4 in mouse brain (2013)
  • Author(s): Noritaka Nakamichi, Hiroshi Hosotani, Takahiro Ishimoto, Tomoko Sugiura and Yukio Kato
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: Kyoto International Conference Center (Kyoto)
  • Year and Date: 20130620-20130623
• [Presentation] Solute carrier OCTN1-mediated ergothioneine uptake promotes neuronal differentiation in mouse neural progenitor cells (2013)
  • Author(s): Takahiro Ishimoto, Noritaka Nakamichi, Hiroshi Hosotani, Tomoko Sugiura and Yukio Kato
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: Kyoto International Conference Center (Kyoto)
  • Year and Date: 20130620-20130623
• [Presentation] Modulation of proliferation and differentiation activity by solute carrier OCTN1/SLC22A4 in neural progenitor cells (2013)
  • Author(s): Noritaka Nakamichi, Takahiro Ishimoto, Hiroshi Hosotani, Tomoko Sugiura and Yukio Kato
  • Organizer: 24th Biennial Meeting ISN-ASN
  • Place of Presentation: Cancun Convention Center (Cancun)
  • Year and Date: 20130420-20130424
• [Remarks] 金沢大学分子薬物治療学研究室ホームページ
  • URL: http://www.p.kanazawa-u.ac.jp/~bunyaku/