JP6391318B2 - アルツハイマー病予防治療薬のスクリーニング法 - Google Patents

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本発明は、アルツハイマー病予防治療薬をスクリーニングする方法に関する。
アルツハイマー病では、びまん性の脳萎縮、大脳皮質に老人斑(アミロイドβ(Aβ)の沈着像)と、アルツハイマー型神経原線維変化の広範囲出現がみられる。家族性アルツハイマー病は遺伝子変異によりAβ産生制御の異常が生じるが、孤発性アルツハイマー病の発症原因は解明されていない。
一方、エンドソームの蓄積、巨大化はダウン症やアルツハイマー病の初期にみられる現象であり、エンドソームの蓄積には、アミロイドβ前駆体蛋白質(APP)及びBACE1((beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1)活性が必要であるが、Aβは必要ないと報告されている(非特許文献1)。BACE1産物であり、Aβの前駆体であるAPPのカルボキシ末端断片(βCTF)は、エンドソームの蓄積、巨大化を引き起こすことが報告されている。βCTFのエンドソームにおける蓄積は、エンドソームの肥大化、ライソソームにおける代謝障害につながる、Traffic jam仮説が考えられているが、その分子機構はわかっていなかった。
PNAS, Jiang et al., 2010; 107(4):1630-5 Nature,Lauren et al., 2009; 457(7233):1128-32
アルツハイマー病疾患の90%を占める孤発性アルツハイマー病の原因は明確になっておらず、その解明が待たれている。
従って、本発明の課題は、アルツハイマー病の原因解明と新たなアルツハイマー病治療薬のスクリーニング方法を提供することにある。
そこで、本発明者は、エンドソーム−ライソソーム機構を解明すべく、P4−ATPaseファミリータンパク質と複合体をつくり、Lipid Flippaseを形成することが知られているTMEM30A(Transmembrane protein 30A(別名CDC50A))に着目した。TMEM30Aは、凝集Aβと結合し、細胞膜上で凝集Aβの受容体として機能する可能性が示唆されている(非特許文献2)が、Aβ産生機構やアルツハイマー病発症機構に対する影響は不明であった。TMEM30Aは、Aβ前駆体であるAPPと共発現させると小胞の肥大化を誘導し、エンドソーム形態を変化させること、さらには肥大化したエンドソームは各種エンドソームが融合し、ライソソームへの成熟が阻害されていることを見出した。また、TMEM30AはAPPと結合してAPPを蓄積させる作用を有すること、TMEM30AとAPPの結合部位がBACE1活性により産生されるAPPカルボキシル末端ドメインであるβCTF領域にあることも見出した。かかる知見から、TMEM30AとAPP又はβCTFとの結合を阻害する物質を探索すれば、小胞の肥大化を抑制でき新たなアルツハイマー病予防治療薬がスクリーニングできることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、次の〔1〕〜〔3〕を提供するものである。
〔1〕被験物質の存在下に、TMEM30AとβCTF又はAPPとの相互作用を測定することを特徴とするアルツハイマー病予防治療薬のスクリーニング方法。
〔2〕TMEM30AとβCTF又はAPPとの相互作用が、TMEM30AとβCTF又はAPPとの結合阻害作用である〔1〕記載のスクリーニング方法。
〔3〕TMEM30AとβCTF又はAPPとの相互作用が、培養細胞又は非ヒト動物においてTMEM30AとβCTF又はAPPを共発現させて小胞体の肥大化又はAPP発現量の変化を検出するものである〔1〕記載のスクリーニング方法。
本発明方法によれば、アルツハイマー病やダウン症の初期に生じるエンドソームの肥大化を抑制するという、新たな作用機序のアルツハイマー病予防治療薬を探索できる。
TMEM30AとAPPの共発現による小胞の変化を示す。 TMEM30AとAPPの共発現による小胞の変化を示す。 TMEM30AとAPPの相互作用を示す。 TMEM30AとAPPの直接相互作用を示す。 TMEM30AによるAPP蓄積を示す。 肥大化したエンドソームの性質を示す。 Aβ結合化合物のTMEM30AとβCTFの結合に及ぼす作用を示す。 Aβ結合化合物のTMEM30AとβCTFの結合に及ぼす作用を示す。
TMEM30Aは、APPと結合する作用を有し、その結合部位はβCTF中に存在する。一方、TMEM30AとAPPとを細胞中で共発現させると小胞であるエンドソームが肥大化する。このエンドソームの肥大化は、アルツハイマー病の初期に生じることである。従って、被験物質の存在下に、TMEM30AとβCTF又はAPPとの相互作用を測定し、TMEM30AとβCTF又はAPPとの結合を阻害する物質を選択すれば、アルツハイマー病の予防治療薬が探索できる。
TMEM30AとβCTF又はAPPとの相互作用の測定は、in vitroでもin vivoでも行うことができる。in vitroの測定方法としては、例えば次の方法が挙げられる。
(1)TMEM30AとβCTF又はAPPとを含む溶液における両者の結合性と、これに被験物質を添加した場合の結合性を対比する。
ここで、TMEM30AとβCTF又はAPPとの結合性は、これらの抗体を用いた免疫沈降、GST融合タンパク質を用いた解析等により検出できる。
(2)被験物質の存在下で、TMEM30AとβCTF又はAPPとの共発現細胞を培養し、両者の共発現性を検出する。被験物質を添加していない場合の共発現性と対比する。このとき、TMEM30AとβCTF又はAPPとの共発現性は、これらの抗体を用いた免疫沈降、APPの発現増強の有無等により検出できる。
(3)被験物質の存在下で、TMEM30AとβCTF又はAPPとの共発現細胞を培養し、培養した細胞の小胞の肥大化を検出する。被験物質を添加していない場合の小胞の肥大化と対比する。
in vivoの測定は、被験物質を投与したアルツハイマー病モデルマウスを用いて、小胞の肥大化又はAPPの発現変化を検出すればよい。被験物質を投与しないモデルマウスの小胞又はAPPと対比すればよい。ここでアルツハイマー病モデルマウスとしては、J20(家族性変異APP(スウェーデン型およびロンドン型の二重変異)を過剰発現するマウス)、TG2576(家族性変異APP(スウェーデン型変異)を過剰発現するマウス)等が挙げられる。
次に実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。
試験例1
培養細胞にAPPとTMEM30Aを共発現させた。すなわち、アフリカミドリザル由来COS−7細胞に蛍光タンパク質Venusをカルボキシ末端に融合させたAPP−Venus、及びアミノ末端に蛍光たんぱく質mCherryを融合させたTMEM30Aを、Fugene HD(プロメガ)を用いて遺伝子導入を行った。遺伝子導入24時間後の細胞を4%パラホルムアルデヒドを含むリン酸緩衝液で固定し、水溶性封入剤により観察用サンプルを作成した。APPとTMEM30Aの共発現は、蛍光顕微鏡により確認した(図1、A)。培養細胞中の小胞の大きさと、APPとTMEM30Aの共発現を測定した(図1、B)。その結果、APPとTMEM30Aの共発現により、小胞が肥大化することが判明した(図1、B)。
COS−7細胞にAPPと蛍光たんぱく質CFPをアミノ末端に融合させたTMEM30AをFugene HDを用いて遺伝子導入した。遺伝子導入24時間後の細胞をAPP抗体 (APP(C):IBL社)、初期エンドソームマーカーであるRab−5抗体(D−11:サンタクルズ社)を用いて免疫染色を行った。
その結果、(図2)TMEM30AとAPPの共発現により、小胞の肥大化が確認されるとともに、Rab−5が肥大化した小胞に集積する事が判明した、すなわちTMEM30AとAPPの共発現により肥大化した小胞はエンドソームとしての性質を持つ事がわかった。
試験例2
野生型マウスの脳と、培養細胞(APPとTMEM30Aの共発現細胞)における、TMEM30AとAPPの相互作用を検討した。すなわち、8週齢の野生型マウス脳海馬、またはCOS−7にAPPとCFP融合TMEM30AをLipofectamine2000(Life Technologies社)で遺伝子導入し、48時間後の細胞を、1%CHAPSを含む溶解緩衝液(50mM HEPES,pH7.4,150mM NaCl,1mM EDTAにプロテアーゼ阻害剤カクテルを加えたもの)で溶解し、マウス海馬はTMEM30Aの抗体、培養細胞はGFP抗体(3E6 Life Technologies社)を用いて免疫沈降実験を行った。
その結果、マウスでも共発現細胞でも、TMEM30AはAPPと結合し、その結合はβCTF特異的であることがわかった(図3)。
試験例3
TMEM30Aの細胞外ドメインをGSTタンパク質と融合したタンパク質を大腸菌内で発現させ、大腸菌を1%TritonX 100を含むリン酸緩衝液において溶解させた後、グルタチオンセファロースビーズを添加し、GST融合タンパク質をビーズに吸着させ、ビーズを3回洗浄したのち使用した。COS−7細胞にAPPのスウエーデン型変異、または人工的なβCTFであるSC100を遺伝子導入し、1%CHAPSを含む溶解緩衝液に溶解したのち、溶解緩衝液で平衡化した融合タンパク質の吸着したビーズを添加した。コントロールとしてGSTを吸着したビーズを使用した。4℃下で1時間穏やかに攪拌を行った後、1%CHAPS を含む溶解緩衝液でビーズを3回洗浄し、非結合タンパク質を除去した。ビーズに吸着したタンパク質をレムリサンプル緩衝液により溶出した。各サンプルはイムノブロット法により解析した。
その結果、βCTFはTMEM30Aの細胞外ドメインに直接結合することが判明した(図4)。
試験例4
COS−7細胞にAPP単独、またはAPPとCFP融合TMEM30AをLipofectamine2000により遺伝子導入し、遺伝子導入48時間後のAPPの代謝をイムノブロット法により解析した。APPの代謝解析はAPPのカルボキシ末端抗体(C12C15)もしくはβCTF特異的抗体(82E1:IBL社)により行った。
その結果、TMEM30AとβCTFとの共発現は、APP及びβCTFを有意に蓄積することが判明した(図5)。
試験例5
COS−7細胞にAPPとCFP融合TMEM30AをFugene HDにより遺伝子導入を行い、遺伝子導入24時間後の細胞を免疫染色により観察した。APPカルボキシ末端抗体(mc99(80−90);ミリポア社)、後期エンドソームマーカーであるRab−7(D95F2;Cell signaling社)、リサイクリングエンドソームマーカーであるRab−11(D4F5;Cell signaling社)を用いた。
その結果を図6に示す。
肥大化したエンドソームは各種エンドソームマーカーが集積(通常では局在は異なる)していた(図6A、B)。またLysosomeマーカー(Lysotracker:Lifetechnologies社)と一致しなかったため(図6C)、Lysosomeへの移行が阻害されている可能性を考えた。LysosomeでAPPを分解するβカテプシンの阻害剤の効果を検証した結果、APP単独発現では阻害剤処理によりAPP−CTFが蓄積するが、TMEM30Aとの共発現でもともと蓄積したAPP−CTFは阻害剤処理により変化しない、この結果はTMEM30Aとの共発現でLysosome分解低下が起こっていた事を示しており、APPのLysosome分解が低下するとするTraffic jam仮説と矛盾しない。
試験例6
Aβ結合化合物であるクルクミンとタキシフォリンを用いて、TMEM30AとβCTFの結合阻害、βCTFの蓄積性を検討した。まず毒性評価のため、COS−7細胞にクルクミン(50、100μM)、タキシフォリン(100、200μM)を加え8時間後、アラマーブルー反応液を含む培地で1時間培養し、培地に放出される蛍光物質の量をコントロール細胞(溶媒のみ加えた細胞)の値により規格化して検討した。次にCOS−7細胞にAPPとCFP融合TMEM30AをLipofectamine2000を用いて共発現させ、24時間後にクルクミン(50μM)タキシフォリン(100μM)を添加し、8時間培養した。サンプルはレムリサンプル緩衝液で溶解し、イムノブロット法により解析した。COS−7細胞に遺伝子導入したβCTF(SC100)を1%CHAPSを含む細胞溶解緩衝液により溶解し、溶解液をクルクミン(50μM)、タキシフォリン(100μM)で前処理を行い、30分後にGST融合TMEM30A細胞外ドメインを吸着させたグルタチオンセファロースビーズを添加し、1時間4℃で穏やかに攪拌した。ビーズに吸着したタンパク質をレムリサンプル緩衝液により溶解してイムノブロット法により解析した
その結果、Aβ結合化合物(図7、A)は、TMEM30AとβCTFの相互作用を阻害し(図7、F)、細胞毒性が軽微な(10%未満)濃度で(図7、B)APP−βCTFの蓄積を減少させた(図7C〜E)。
試験例7
クルクミンとタキシフォリンが、TMEM30AとAPP共発現系に及ぼす作用について検討した。COS−7細胞にVenus融合APP、及びmcherry融合TMEM30AをFugene HDにより遺伝子導入した。遺伝子導入24時間後、クルクミン(50μM)、タキシフォリン(100μM)を含む培地で8時間培養した。
その結果、TMEM30AとAPPの共発現によりAPP発現蛍光強度が強くなるが、クルクミンとタキシフォリンは、いずれも、その蛍光強度を低下させた(図8)。

Claims (1)

  1. 被験物質の存在下に、TMEM30AとβCTF又はβCTF領域を介したAPPとの相互作用を測定することを特徴とする、TMEM30AとβCTF又はAPPとの共発現又は相互作用による小胞の肥大化を抑制することに基づくアルツハイマー病予防治療薬のスクリーニング方法であって、
    TMEM30AとβCTF又はAPPとの相互作用の測定が、(1)TMEM30AとβCTF又はAPPとの結合阻害作用を測定するか、又は(2)培養細胞又は非ヒト動物においてTMEM30AとβCTF又はAPPを共発現させて小胞の肥大化又はAPPの発現量の変化を検出するものであるスクリーニング方法。
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