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研究について

研究

滋賀医大の研究環境における最大の利点は、臨床、基礎、研究センターの間の垣根が低く、各々の領域で世界のトップランナーの研究者のもと、共同研究体制が気づきやすいことが挙げられます。また、実験支援センター、動物生命科学研究センターなどの実験支援環境が充実し、最新機器を用いた研究が行なえます。

滋賀医大脳神経内科は糖尿病内科を中心とする第三内科の診療グループという利点を活かして、糖尿病性ニューロパチーの病態解明、新規治療法開発について、先駆的かつ独創的な研究成果を上げてきました。また末梢神経障害性疼痛の病態の遺伝子改変マウスを用いた分子生物学的解明(1)、ニューロンの部位特異的なドラッグデリバリーシステムを用いた遺伝子治療法の開発、ALSモデル動物に対する骨髄幹細胞移植(5)など、先進医療研究の最先端研究分野で優れた成果を上げてきました。2016年7月に滋賀医大脳神経内科学講座教授に着任した漆谷は、これまで難病である筋萎縮性側索硬化症(ALS)の病態解明と治療法開発研究に長年従事し、家族性、孤発性ALSの新たな発症メカニズムの解明や、新たな治療法の開発に成功しており(2-4, 7)、現在根治療法の開発を目指し神経変性チーム(漆谷)として研究を進めています(8)。さらに脳卒中チーム(小川、北村)も立ち上がり、急性虚血や慢性低灌流による脳機能障害の病態解明と新規治療の開発研究が開始され、中枢、末梢の電気生理学や神経リハビリテーションの機能画像評価などの神経生理学チーム(金、山川)の研究チーで脳神経疾患の克服に向けた研究を進めています

 

今後専門領域の拡充を進めていきますので、柔軟な着想による新たな研究分野への挑戦や、立ち上げのための国内留学も積極的に支援します。

1. 筋萎縮性側索硬化症の分子病態の解明と新規分子標的治療法の開発研究(漆谷)

ALSを取り巻く研究上の進展は著しく、毎年教科書に加わるような発見が続いています。現在ALSは多くの因子を原因とする多因子疾患であり、その究極に異常蛋白質病とRNA病としての2大側面を有すると、理解されています。我々は以前より前者に着目し家族性・孤発性ALSの原因蛋白質による運動ニューロン変性の機序を研究してきました。これまでに家族性ALSの原因と一つである変異SOD1蛋白質がシナプス分泌蛋白質とともに細胞外に分泌されミクログリアの活性化や運動ニューロン死をきたすことを突き止め、ワクチン・抗体療法の有用性を報告しました(2-4)、現在新規治療抗体の開発を進めています。さらに孤発性ALSの原因蛋白質TDP-43が毒性を獲得する構造変化を同定し(6)、分解経路を発見しオリゴデンドロサイトにおける封入体形成の仕組みを明らかにしました(7) 。新たなALSモデルの作製と細胞内抗体や低分子スクリーニングによる新規の治療・診断法を細胞移植や遺伝子治療と組み合わせて進めており、2018年には孤発性ALSの治療標的であるTDP-43の異常凝集体を特異的に除去する自己分解型細胞内抗体の開発に成功しました(10)。現在孤発性ALSを臨床、病理学的に再現するモデルマウスがいません。我々が用いている凝集体モデルを用いて、ALS患者同様運動ニューロンの細胞質にTDP-43の異常凝集体を形成するマウスを作製中であり、前臨床研究を効果的に進めています。

1.	筋萎縮性側索硬化症の分子病態の解明と新規分子標的治療法の開発研究(漆谷)

 

最新の研究成果のご紹介

自己分解型細胞内抗体を用いたALSの異常凝集体の除去治療の開発

ALSの9割を占める孤発性症例の病巣にはユビキチン陽性の異常封入体が存在することが知られていましたが、その本体がTDP-43という、本体核内でRNA代謝に重要な役割を果たす蛋白質であることが判明しました。さらにTDP-43の異常凝集体はRNA代謝障害やストレス顆粒の形成不全、蛋白分解障害など様々な有害カスケードを引き起こすなど、ALS病態に本質的な役割を果たすことが明らかとなり、TDP -43の異常凝集体の除去はALSの根治療法に直結する可能性があります。ところが、TDP-43は細胞生存にとって極めて重要な蛋白質であり、異常構造のみを除去することが重要です。

自己分解型細胞内抗体を用いたALSの異常凝集体の除去治療の開発

我々は以前、異常構造をとったTDP-43のみと結合するモノクローナル抗体3B12Aを作り(PLos ONE, 2012)、さらに凝集体毒性の薬剤スクリーニングのためにTDP-43の病原凝集体モデルの開発に成功しました(JBC 2013)。さらに3B12A抗体遺伝子から、抗原結合部位である可変領域(VH, VL)をコードする部分をクローニングし、一本鎖抗体を構築してベクターに組み込ませることによって細胞内で抗体を作らせるシステムを確立しました。さらにこの抗体にオートファジーでの分解を促進するシグナル(CMA)を付加することで、異常蛋白質と結合した後、自らと共に速やかに分解される「自己分解型細胞内抗体」を開発し、培養細胞や胎仔マウス脳におけるTDP-43の異常凝集体を除去することに成功しました(8)。

自己分解型細胞内抗体を用いたALSの異常凝集体の除去治療の開発

(Tamaki, Scientific Reports 2018)

 


2. 難治性末梢神経障害の病態解明、新規治療法の開発研究(山川)

糖尿病性神経障害(DN)は難治性であり、その発症機序は多岐にわたります。TNFαは病態への関与が想定されていましたが決定的なエビデンスはありませんでした。我々は、糖尿病を発症したTNFαノックアウト(KO)マウスを詳細に解析したところ、末梢神経障害の証拠である神経伝導速度の低下所見をみとめず、後根神経節の免疫染色ではリン酸化NF-κBやcleaved caspase-3の染色性も野生型に比し低下することを示し、TNFαがDNに重要であることを遺伝学的に初めて証明しました。さらに糖尿病を発症した野生型マウスにTNFα阻害薬を投与したところ、神経伝導速度の改善、後根神経節でのリン酸化NF-κBやcleaved caspase-3の染色性の抑制を認め、TNFαmRNAの発現も抑制することを示し、TNFα阻害薬がDNに対して有効な治療になりうることを突き止めました(1)。

2.	難治性末梢神経障害の病態解明、新規治療法の開発研究(山川、小川)

 


3. 神経難病に対する神経リハビリテーションが脳コネクトームに及ぼす影響(金)

当科では、リハビリテーション部と連携して神経難病リハビリテーションを積極的に進めており、現在、脊髄小脳変性症リハビリテーションの専門入院プログラムで有効性を認めています。リハビリによる機能回復が、脳内各部位の連携やネットワークにどのような影響を及ぼしているのかについて、滋賀医大 革新的医療機器・システム研究開発講座との共同研究で、MRIを用いたコネクトーム解析を行っています。

3. 神経難病に対する神経リハビリテーションが脳コネクトームに及ぼす影響(金)

 


4. 急性期脳梗塞、脳慢性低灌流における病態修飾分子、栄養エネルギーバランスに着目した新規治療法の開発研究(北村、小川)

超高齢化を迎えた我が国において脳卒中患者は増加の一途をたどっています。脳卒中は血管閉塞による失語や麻痺などの機能障害と、慢性的な末梢循環不全や穿通枝系の多発梗塞による認知機能障害が2大治療標的といえますが、tPAや血管内治療といった超急性期脳梗塞の治療介入と、内服による二次予防や血行再建によって脳梗塞診療の質はここ数年で劇的に改善しています。一方、急性期脳梗塞にもBranch atheromatous disease (BAD)のような進行性で後遺症を残す病型が存在し、予後予測因子や治療法については未だ研究途上の分野です。小川はBADの機能予後予測因子を解析し有望な候補を見出しています。また慢性脳低灌流は2大認知症の一つである血管性認知症のキーメカニズと考えられるようになっています。北村はこれまでに緩徐に内頸動脈が狭窄するラット2VGO (2-vessel gradual occlusion)モデルをはじめ複数の慢性脳低灌流モデル動物の確立に世界で初めて成功しました(9)。脳小血管は虚血のみならず、免疫学的な機能維持にも関わっており、重要な治療標的です。我々はこれらの難治性脳梗塞の新たな病態解明と治療法の開発に向けて、研究を進めています。

4. 急性期脳梗塞、脳慢性低灌流における病態修飾分子、栄養エネルギーバランスに着目した新規治療法の開発研究(北村、小川)

 

5. 筋萎縮性側索硬化症への再生治療をめざした骨髄幹細胞移植研究(生化学・分子生物学講座:寺島)

骨髄移植によるALSへの細胞治療は、以前より世界的に試みられていますが、著明な効果に乏しく、更なる改良や工夫が必要とされてきました。以前より骨髄由来細胞による細胞移植に関心を持っていた我々は、この骨髄細胞に神経保護作用を誘導することに成功し、ALSモデル動物で治療効果を示すことができました(5)。それは、Stem cell factor (SCF)と呼ばれる分化誘導因子下で骨髄細胞を培養し、ALSモデルマウスに移植するといった方法で、移植された細胞は、病変部位でミクログリア様の細胞へと分化し、GLT1という神経保護物質を発現することによってその治療効果を示していると考えられました。また、この細胞は、病態が進行するにつれ、多数脊髄内に集まってくることから、病態の進行に合わせて効果も上がることが予測されました(5)。現在、さらなる理想的な治療方法の開発を目指して、骨髄幹細胞を目的の細胞(治療効果を有する細胞)にのみ誘導する方法を開発検討しており、臨床応用を見据えた自己骨髄幹細胞による理想的な細胞移植治療法の開発を進めています。

5. 筋萎縮性側索硬化症への再生治療をめざした骨髄幹細胞移植研究(生化学・分子生物学講座:寺島)

 

参考文献


  1. Yamakawa I, Kojima H, Tershima T, Katagi M, Oi J, Urabe H, Sanada M, Kawai H, Chan L, Yasuda H, Maegawa H, Kimura H. Inactivation of TNF- α amerliorates diabetic neuropathy in mice. Am J Physiol Endocrinol Metab 301(5):E844-852, 2011.
  2. Takeuchi S, Fujiwara N, Ido A, Ono M, Takeuchi Y, Tateno M, Suzuki K, Takahashi R, Tooyama I, Taniguchi N, Julien JP, Urushitani M. Induction of protective immunity by vaccination with wild-type apo SOD1 in the mutant SOD1 transgenic mice. J Neuropathol Exp Neurol. 2010, 69; 1044-1056
  3. Urushitani M, Abou Ezzi S, Julien JP. Therapeutic effects of immunization with mutant superoxide dismutase in mice models of ALS. Proc Natl Acad Sci U S A 2007, 104, 2495-2500
  4. Urushitani M, Sik A, Sakurai T, Nukina N, Takahashi R, Julien JP. Chromogranin-mediated secretion of mutant superoxide dismutase proteins linked to amyotrophic lateral sclerosis. Nat Neurosci 2006, 9:108-118
  5. Terashima T, Kojima H, Urabe H, Yamakawa I, Ogawa N, Kawai H, Chan L, Maegawa H. Stem Cell Factor-Activated Bone Marrow Ameliorates Amyotrophic Lateral Sclerosis by Promoting Protective Microglial Migration. J. Neurosci. Res. 92: 856, 2014.
  6. Shodai A, Morimura T, Ido A, Uchida T, Ayaki T, Takahashi R, Kitazawa S, Suzuki S, Shirouzu M, Kigawa T, Muto Y, Yokoyama S, Takahashi R, Kitahara R, Ito H, Fujiwara N, Urushitani M. Aberrant assembly of RNA-recognition motif 1 links to pathogenic conversion of TAR DNA-binding protein-43 (TDP-43). J Biol Chem 2013, 288, 21, 14886-14905.
  7. Uchida T, Tamaki Y, Ayaki T, Shodai A, Kaji S, Morimura T, Banno Y, Nishitsuji K, Sakashita N, Maki T,. Yamashita H, Ito H, Takahashi R, Urushitani M. CUL2-mediated clearance of misfolded TDP-43 is paradoxically affected by VHL in oligodendrocytes in ALS. Sci Rep, 2016, 6: 19118;
  8. Tamaki Y, Shodai A, Morimura T, Hikiami R, Minamiyama S, Ayaki T, Tooyama I, Furukawa Y, Takahashi R, Urushitani M. Elimination of TDP-43 inclusions linked to amyotrophic lateral sclerosis by a misfolding-specific intrabody with dual proteolytic signals. Sci Rep, 2018, 8, 6030
  9. Kitamura A, Fujita Y, Oishi N, Kalaria RN, Washida K, Maki T, Okamoto Y, Hase Y, Yamada M, Takahashi J, Ito H, Tomimoto H, Fukuyama H, Takahashi R, Ihara M. Selective white matter abnormalities in a novel rat model of vascular dementia. Neurobiol Aging. 2012 May;33(5):1012.e25-35
  10. Kitamura A, Manso Y, Duncombe J, Searcy J, Koudelka J, Binnie M, Webster S, Lennen R, Jansen M, Marshall I, Ihara M, Kalaria RN, Horsburgh K. Long-term cilostazol treatment reduces gliovascular damage and memory impairment in a mouse model of chronic cerebral hypoperfusion. Sci Rep. 2017, 27;7(1):4299