PI5ホスファターゼSHIP2の遺伝子発現とタンパク質溶解性の変化はアルツハイマー病の病理進行と関連している

2024-07-30 Tue
アルツハイマー病 SHIP2 INPPL1 EGFR タウアミロイドβ GWAS CSF pTau
アルツハイマー病進行における遺伝子発現とタンパク質不溶性の変化背景紹介アルツハイマー病（Alzheimer’s Disease、AD）は最も一般的な認知症のタイプであり、その主要な二つの神経病理学的特徴であるアミロイド斑と神経原線維変化（NFTs）で知られています。アミロイド斑はアミロイドβ（Aβ）ペプチドによって構成されており、これらのペプチドはアミロイド前駆体タンパク質（APP）の連続切断により生成されます。一方、神経原線維変化は主に過剰リン酸化されたペアドヘリカルフィラメント（PHF）-タウタンパク質によって形成されます。アルツハイマー病だけでなく、前頭側頭葉認知症（FTD-tau）、皮質基底核変性症（CBD）、進行性核上性麻痺（PSP）などの「タウ病」でもNFTsが見られます。
近年のネットワーク研究により、SHIP2（SH2ドメインを持つイノシトール5-ホスファターゼ2、コード遺伝子はINPPL1）の転写レベルの上昇が認知機能衰退とヒトADおよび老年脳の病理変化と顕著に関連していることが明らかになりました。SHIP2はその脱リン酸化活性を通じてPI(3,4,5)P3をPI(3,4)P2に変換することにより、多くのヒト疾患（メタボリックシンドローム、糖尿病、乳がんなど）に関与しています。システム的なホスファチジルイノシトール調節はADにおいて特に重要であり、SHIP2阻害剤は新しい治療ターゲットとして見なされています。しかし、アルツハイマー病病程におけるその発現および局在の変化に関する研究は比較的少ないです。
研究出典本論文の原著タイトルは「Alteration of gene expression and protein solubility of the PI 5-Phosphatase SHIP2 are correlated with Alzheimer’s disease pathology progression」で、Kunie Ando他複数の著者により執筆され、《Acta Neuropathologica》誌（2024年、第147巻第94ページ）に掲載されました。著者らは、Université Libre de Bruxelles（ULB）、VIB Center for Molecular Neurology、University of Antwerp（UAntwerpen）、Hôpital de la Pitié-Salpétrièreなどの機関に所属しており、この研究はフランスおよびベルギーの機関から提供されたブレインバンクのサンプル支援およびベルギー国家科学研究基金（FNRS）などの資金提供を受けています。
研究プロセス研究デザインと方法サンプル採取と処理：
AD患者および非認知症対照個体の額葉皮質（T1 isocortex）から脳組織サンプルを取得し、標準のRIPAおよびSarkosylバッファーにより段階的に抽出し、可溶性および不溶性タンパク質サンプルを得る。
遺伝子発現解析：
Mayo ClinicコホートのRNA-seqデータを解析し、Braak 0-vi期間のEGFRおよびINPPL1のmRNAレベルの変化に注目。
タンパク質レベルの検出：
抽出された可溶性および不溶性タンパク質レベルをWestern blot（WB）で分析し、異なる段階のサンプルにおけるSHIP2およびEGFRの発現状況を検出。多種の抗体（抗-SHIP2、抗-Aβ42、抗-GAPDHなど）を使用して免疫ブロッティングを実施。
免疫組織化学および免疫蛍光：
脳組織切片にSHIP2とAβ、リン酸化タウ（p-tau）を二重免疫蛍光標識して、顕微鏡でSHIP2の病理負担有無の脳領域での局在と分布を観察。
遺伝子関連解析：
大量のゲノムワイド関連解析（GWAS）データを使用して、INPPL1の遺伝子変異とADリスクおよびAD関連の脳脊髄液（CSF）生物マーカー（例：p-tauレベル）との関連を分析。
主な結果遺伝子発現の変化：
Mayo Clinicコホートでは、EGFRおよびINPPL1の正規化遺伝子発現がAD脳サンプルで顕著に増加。
タンパク質レベルと分布：
SHIP2の脳全体のタンパク質レベルにはADサンプルと対照サンプルとの差はなかったが、RIPA抽出不溶性部分のレベルは顕著に増加し、SHIP2が誤った位置に不溶性タンパク質集積部分に局在していることを示唆。EGFRの分布も同様の傾向を見せ、特に病理進行段階においてp-tauレベルと顕著に関連。
免疫反応性の変化：
免疫組織化学の結果、病変進行に伴いSHIP2の免疫反応性が顕著に増加し、特にアミロイド斑に関連するアストロサイトや変性神経線維において顕著。そのSHIP2の増加はアミロイド病変を含む他の神経変性疾患（DS/AD、CAA、AD併発DLBDサンプルなど）でも観察されたが、アミロイド病変を含まない主要なタウオパチー（PSP、CBDなどのケース）では顕著ではない。
トランスジェニックマウスモデル検証：
アルツハイマー病トランスジェニックマウスモデル（5XFADおよびTG30）を分析し、不溶性タンパク質反応のメカニズムがマウスモデルでも類似していること、特に強いアミロイド病変を持つ5XFADマウス脳で正確に検証された。
遺伝子変異と生物マーカーの関連：
INPPL1遺伝子座変異rs11235459は脳内INPPL1遺伝子発現およびCSF p-tauレベルの低下と顕著に関連しており、この変異がINPPL1の発現を制御し、AD病程におけるタウ病理に影響を与える可能性を示唆。
研究結論と意義本研究は、SHIP2が遺伝子発現レベルでAD進行中に上昇するだけでなく、AD脳において著しいRIPA抽出不溶性変化を示すことを明らかにしました。この変化はアルツハイマー病のアミロイド病変と密接な関係があり、SHIP2がアルツハイマー病のアミロイドとタウ病理の接続において重要な役割を果たしていることを示唆します。また、本研究はINPPL1遺伝子座変異が脳内SHIP2発現およびCSF p-tauレベルに与える潜在的影響を初めて明らかにしました。SHIP2が多くのヒト疾患に関連していることを考えると、SHIP2はアルツハイマー病の治療ターゲットとしてだけでなく、病理進行を表す新しい生物マーカーとしても有望であり、科学研究および臨床応用において重要な価値を持ちます。
研究ハイライト本研究はADサンプルにおけるSHIP2の遺伝子発現、タンパク質レベル、および細胞内の局在と分布の変化を初めて体系的に調査しました。
最大の革新点は、SHIP2をEGFRシグナル経路の核となる調節因子として位置づけ、アルツハイマー病におけるアミロイド病理とタウ病理の接続に関する理論を提起した点です。
複数の最先端実験方法と大規模遺伝解析を組み合わせ、SHIP2がアルツハイマー病進行において果たす役割のメカニズムを詳細に解析しました。
本研究を通じて、アルツハイマー病の病程におけるタンパク質動態およびその遺伝子調節メカニズムについてより深く理解でき、今後のSHIP2をターゲットにした病理介入に対する科学的根拠を提供しました。