p70リボソームS6キナーゼ（S6K1）の抑制は自閉症-結節性硬化症モデルラットの皮質血流を減少させる

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p70リボソームS6キナーゼ 脳血流 結節性硬化症 自閉症スペクトラム障害 pf-4708671

p70リボソームS6キナーゼ(S6K1)の抑制が自閉症-結節性硬化症ラットの皮質血流を減少させる研究報告

背景紹介

結節性硬化症複合体(TSC)は、TSC1またはTSC2遺伝子の変異によって引き起こされる遺伝性疾患で、多発性の良性腫瘍、てんかん、自閉症スペクトラム障害(ASD)、知的障害などの症状を主に呈します。以前の研究では、TSCが脳血流の変化と代謝機能障害に関連していることが示されています。我々は以前、Ekerラット(TSCと自閉症の動物モデル)において脳血流が著しく増加していることを報告しました。これらの研究は、ラパマイシン(mTOR阻害剤)による治療が正常な酸素消費と脳血流量を回復させることを示しています。本研究は、mTORシグナル経路の重要な構成要素であるp70リボソームS6キナーゼ(S6K1)を抑制することで同様の効果が得られるかどうかを調査することを目的としています。

論文の出典

本研究は、Oak Z. Chi、Xia Liu、Harvey Fortus、Guy Werlen、Estela Jacinto、Harvey R. Weissらによって行われ、著者らはRutgers Robert Wood Johnson Medical Schoolの異なる部門に所属しています。論文は2024年に「Neuromolecular Medicine」誌に掲載され、DOIは10.1007/s12017-024-08780-7です。

研究プロセス

実験デザインと手順

研究では2種類のラットモデルを使用しました：Long-Evans(LE)ラット(対照群)とEkerラット(TSC動物モデル)。各ラット種はさらに2つのグループに分けられました：1つは溶媒処理(対照群)、もう1つはPF-4708671(S6K1阻害剤)注射処理(用量75 mg/kg、1時間持続)を受けました。実験手順は主に以下の手順を含みます：

  1. 動物の準備：

    • ラットは2%イソフルラン麻酔下で手術を行い、大腿動脈と大腿静脈にカテーテルを挿入しました。静脈カテーテルは放射性トレーサーの注入に使用し、動脈カテーテルはSTATHAM P23DBトランスデューサーとIWORXデータ収集システムに接続して心拍数と血圧をモニターしました。血液サンプルはヘモグロビン、血液ガス、pHの分析に使用されました。
    • 手術完了後、イソフルラン濃度を1.4%に下げました。溶媒群には生理食塩水を、PF-4708671群にはS6K1阻害剤を注射しました。

  2. 局所脳血流測定：

    • 静脈カテーテルを通じてラットに20 μCiの^(14)C-ヨードアンチピリンをトレーサーとして注入しました。その後、60秒間にわたり3秒ごとに大腿動脈から10μlの動脈血サンプルを採取しました。
    • ラットの脑を部分的に解凍し、皮質、海馬、小脳、橋の4つの領域に切り分け、スライスと放射線自己造影分析を行い、脳組織中の^(14)C-ヨードアンチピリン濃度を測定しました。

  3. ウェスタンブロット分析：

    • ラットの大脳皮質から総タンパク質を抽出し、SDS-PAGEで電気泳動分離し、PVDFメンブレンに転写し、免疫ブロッティング法で特定のタンパク質とそのリン酸化状態を検出しました。

  4. データ分析と統計処理：

    • ANOVAとTukeyの事後検定を用いて異なる処理群間の差異を分析し、統計的有意性はP < 0.05に設定しました。

主な研究結果

  1. 脳血流測定結果：

    • ベースライン条件下で、Ekerラットの皮質と海馬の血流量はLEラットよりも有意に高かった(それぞれ32%と15%高い)。
    • PF-4708671処理はEkerラットの皮質と海馬領域の血流量を有意に減少させたが、小脳と橋領域には有意な影響を与えなかった。対照群のLEラットでは有意な血流変化は見られなかった。

  2. タンパク質リン酸化レベル：

    • Ekerラットの皮質におけるS6K1標的部位(S6のSer240/244)のリン酸化レベルは増加傾向を示したが、統計的有意性には達しなかった。PF-4708671処理後、EkerラットのS6-S240/244リン酸化レベルは低下したが、同様に統計的有意性には達しなかった。
    • 対照的に、EkerラットのAktのSer473部位のリン酸化レベルはLEラットよりも低下しており、PF-4708671処理はこのリン酸化レベルに中程度かつ統計的に有意な負の影響を与えた。

研究結論

本研究は、S6K1阻害剤PF-4708671が自閉症-結節性硬化症ラット(Ekerラット)の皮質と海馬の脳血流量を効果的に減少させることを発見しました。この効果はmTORシグナル経路の適度な抑制に依存しています。S6のリン酸化抑制は統計的有意性に達しなかったものの、Aktリン酸化の有意な低下がそのメカニズムの一つである可能性があります。

研究の価値と意義

本研究は、S6K1の適度な抑制がTSC動物モデルにおいて正常な脳血流量をある程度回復させることができることを示し、結節性硬化症と自閉症スペクトラム障害の潜在的な治療に新たな視点を提供しています。ラパマイシンの広範な抑制作用とは異なり、S6K1特異的阻害剤はより副作用が少ない可能性があり、臨床応用においてより大きな潜在性を持つかもしれません。

研究のハイライト

  • 特定のS6K1阻害剤(PF-4708671)を用いてTSC動物モデルの皮質と海馬の脳血流量を有意に減少させることができることを初めて示しました。
  • てんかんやASDなどのTSC関連の神経病理学的症状を軽減するために、より副作用の少ない治療戦略の可能性を提案しました。
  • 適度なmTORシグナル経路の抑制が脳血流と代謝機能の調節に重要な役割を果たす可能性があるという新たなメカニズムの洞察を提供しました。

この研究は、将来的にS6K1阻害剤を結節性硬化症と自閉症スペクトラム障害の治療に臨床応用するための価値あるデータサポートを提供しています。