アルツハイマー病の原因因子の可視化に成功 - 発症の仕組み解明に期待

 

産業技術総合研究所は3月16日、脳遺伝子研究グループの落石知世主任研究員らが北海道大学などと共同し、アルツハイマー病の原因因子の一つであるアミロイドβたんぱく質の動態を、生きた神経細胞内や生体内で可視化する技術を開発したことを明らかにした。培養細胞や生きた個体を用いたアルツハイマー病治療薬の候補物質のスクリーニングへの応用や、アルツハイマー病の発症メカニズム解明への貢献が期待できるという。

開発したアミロイドβ-GFP融合タンパク質の模式図(左)と、培養細胞や線虫内での発現の様子

アルツハイマー病は記憶障害や判断能力の低下、見当識障害等を特徴とし、認知症の半数以上を占める。だが、詳細な発症メカニズムが解明されておらず、有効な治療法や特効薬も開発されていない。

アミロイドβたんぱく質の特徴として、集まって大きな凝集体を形成しやすい。アミロイドβたんぱく質と蛍光たんぱく質の「GFP」(緑色蛍光たんぱく質: 生きた細胞や個体内のタンパク質の局在などを観察する際によく用いられるたんぱく質)を融合させたたんぱく質・アミロイドβ-GFPは、アミロイドβたんぱく質が重合することでGFPの蛍光が阻害されると推測されてきた。そのため、これまでアミロイドβたんぱく質の局在や動態の可視化が困難とされてきた。

研究チームは今回、アミロイドβたんぱく質とGFPをつなぐアミノ酸配列(リンカー)として、14個のアミノ酸を用いてアミロイドβ分子の重合体が形成されても蛍光を観察できる「アミロイドβ-GFP融合たんぱく質」(アミロイドβ-GFP)を開発。

このアミロイドβ-GFPを核磁気共鳴装置や電子顕微鏡、免疫組織化学法、蛍光相関分光法で解析したところ、GFPを融合させたことでアミロイドβの重合が一定以上進まず、生体内でも生体外でも2量体から4量体を中心としたオリゴマー(単量体が少数個結合<重合>した物)の状態で存在することがわかったという。これらの特徴を活用し、生きた細胞内でアミロイドβの動きや、初代培養神経細胞内での蓄積状態などの解析が可能となるとのこと。

また、アミロイドβとGFPをつなぐリンカーが短いと、重合の影響を受けてGFPの蛍光は観察されなくなる。そこで研究チームは、今回発見した現象を利用して重合の状態が検出できるシステムを考案し、GFPの蛍光強度を利用した治療薬候補物質のスクリーニングが可能か否かを実証した。

その結果、GFP単独を特定の神経細胞に発現させたトランスジェニック線虫では神経細胞内で明瞭な蛍光が観察できたが、2個のアミノ酸からなる短いリンカーを持つアミロイドβ-GFPを発現させた線虫では、アミロイドβの重合の影響を受けてGFPの蛍光は観察されなかった。さらにこの線虫を、アミロイドβの重合を抑制するクルクミンを加えた培地で飼育した結果、GFPの蛍光が観察できた。

飼育培地上の線虫を顕微鏡で観察すると、クルクミンによるアミロイドβの重合抑制によって蛍光強度が増加した神経細胞を見ることができる。白で囲った丸は神経細胞の細胞体、白の矢頭は神経細胞の軸索を示す

これらの結果から、アミロイドβ-GFPは蛍光強度の変化を測定することで、アミロイドβの重合を抑える創薬候補物質のスクリーニングに利用できることが期待できるという。

同研究所は今後の展開について、「培養神経細胞を用いて、アミロイドβ-GFPの蛍光強度を利用したアルツハイマー病の治療薬や予防薬の候補となる物質をより簡便にスクリーニングできる方法の開発に着手する」としている。

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