アルツハイマー病関連miRNAの研究分析とその潜在的応用

背景と研究動機

アルツハイマー病(Alzheimer’s Disease、AD)は、進行性の神経変性障害であり、高齢者における最も一般的な認知症の形態です。ADの脳の病理学的特徴は、主にβ-アミロイドタンパク質(Aβ)の蓄積によって形成される老人斑と、過剰にリン酸化されたタウタンパク質によって形成される神経原線維の塊が含まれます。AβはAPP(Amyloid Precursor Proteins)と呼ばれる膜上の前駆体タンパク質がβ及びγセクレターゼによって切断されることによって生成され、その毒性の高い分子形態、特にAβ42が神経毒性の主な要因であると考えられており、神経炎症、酸化ストレス、シナプス機能障害を引き起こし、最終的には神経細胞の損失に至ります。しかし、APPはαおよびγセクレターゼによって順次切断されることによって生成される可溶性APPα(sAPPα)は、神経突起の伸長と神経細胞の生存を促進するなど、神経保護作用があると考えられています。したがって、Aβの生成と除去のバランスを保ち、そしてそれをAD治療に応用することは、解決すべき課題となっています。

この問題を解決するために、研究者は、重要なタンパク質の発現を制御するmicroRNAs(miRNAs)に注目しました。この研究の目的は、AD患者と対照群の血漿miRNA発現プロファイルを調査し、AD病理と関連するmiRNAをスクリーニングし、これらのmiRNAによる標的タンパク質の調節とそのメカニズムを検証し、さらにその治療戦略としての可能性を探ることです。

研究の出所

この研究は、暁陽大学やグワンジョウ医科大学などの研究機関に所属するChao Song、Shufang Li、Yingren Maiらによって共同で行われ、その論文は2024年の『Journal of Neuroinflammation』に発表されました。

研究の流れ

研究対象と方法

研究では、11例のAD患者と14例の年齢・性別を合わせた認知機能が正常な対照者の血漿サンプルを使用し、miRNAシーケンシング(miRNA-seq)によってグローバルな発現プロファイルを分析しました。研究には以下の手順が含まれています。

1. miRNA発現プロファイル解析:miRNA-seqを用いてAD患者と対照群のサンプルに対し、包括的なグローバル発現解析を行い、発現が異なるmiRNA(DEMs)をスクリーニングしました。
2. 実験による検証:mir-140とmir-122の体内外での発現と阻害を通じて、これらのDEMsがAD病理に影響を与えることを更に検証しました。
3. タンパク質発現の検出:分子生物学、免疫組織化学などの技術を用いて、miRNAが標的タンパク質(ADAM10やsAPPαなど)に与える影響を検出しました。

主要な実験と技術的手段

• miRNAシーケンシングとデータ解析:QIAseq miRNAライブラリ構築キットを使用してシーケンシングライブラリを構築し、Illumina NovaSeq 6000システムでシーケンシングを行いました。データ解析には、サンプルのクリーニング、マッピング、発現差解析、miRNAの標的遺伝子予測、機能的エンリッチメント解析が含まれます。
• qRT-PCR検証:特異的なプライマーを使用して、血漿と脳組織中のmir-140とmir-122の発現を定量リアルタイムPCRで検証しました。
• タンパク質検出:ウェスタンブロット解析を用いて、ADAM10やsAPPαなどの主要タンパク質の発現を検出しました。
• 行動学的試験:Y迷路やモリス水迷宮などの行動学的試験を用いて、miRNAの過剰発現がマウスの認知機能に与える影響を評価しました。
• 機能実験とmiRNAターゲットの検証:神経細胞の樹状突起の体外分析、BV2とHT22細胞の共培養実験によるDiaNamia貪食能力の評価、蛍光標識したAβ42を用いた貪食試験など。

研究結果

miRNA発現プロファイル解析と検証

miRNA-seqによって41個のDEMsがスクリーニングされ、さらにAD病理において潜在的な機能を持つ2つのmiRNA、mir-140-3pとmir-122-5pが選択されました。qRT-PCRの検証により、AD患者の血漿およびAPP/PS1マウスの脳組織中でmir-140とmir-122が有意に上方調節されていることが示されました。

mir-140とmir-122のADAM10とsAPPαへの調節作用

mir-140とmir-122はADAM10をターゲットとしてAPPの非アミロイド経路の切断に影響を与えます。体内外の実験から、マウス脳におけるmir-140とmir-122の過剰発現はADAM10及びその産物であるsAPPαの発現を顕著に低下させ、認知機能の低下を引き起こしますが、ATRCAの治療によってADAM10の発現が上方調節され、認知機能が改善されることが分かりました。さらに、HT22細胞においては、内在性のmir-140/mir-122をノックダウンするとAβ産生が顕著に減少し、AD治療における可能性を示唆しています。

mir-140とmir-122のマウス認知機能への影響

AAVウイルスベクターを介したmir-140およびmir-122の過剰発現によって、野生型マウスとAPP/PS1マウスの両方において認知障害が引き起こされることが更に実証されました。一方、ATRCAの治療はADAM10とsAPPαの発現を回復させ、損なわれた認知機能を改善しました。

mir-140とmir-122の小膠質細胞の活性化への影響

実験はさらに、mir-140とmir-122の過剰発現が小膠質細胞のAβプラークへの遊走と貪食能力を低下させ、神経炎症反応を増加させ、神経変性を悪化させることを示しました。

結論と意義

本研究は、mir-140とmir-122がADAM10をターゲットとしてその発現を抑制し、神経保護因子sAPPαの生成を減少させることによって、AD病理の進行において重要な役割を果たすことを示しています。これらのmiRNAの発現を調節することは、AD治療の潜在的な戦略となる可能性があります。

• 科学的価値:AD病理におけるこの2つの特異的なmiRNAの作用機序を明らかにし、mir-140とmir-122がADAM10経路を介してAPPの非アミロイド切断を調節する詳細なメカニズムを体系的に初めて示しました。
• 応用価値:miRNAは遺伝子発現調節において広範に作用し、創薬への応用可能性があるため、本研究結果はAD治療の新たな標的と戦略を提供しています。

この研究課題を更に深く追求することで、重要なイノベーションと発見が得られました。例えば、mir-140とmir-122がAD病理においてADAM10を介してAPPの非アミロイド切断に影響を与えるメカニズムを体系的に初めて発見・検証し、その薬物標的としての潜在的な作用を示しました。もしこれが臨床応用に移行できれば、AD治療に革命をもたらすことになります。