3XTg-ADマウスにおけるオレキシンシステム遺伝子の日中特性と病理に対する初期影響

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アルツハイマー病 オレキシン 概日リズム ベータ部位アミロイド前駆体タンパク質切断酵素 コアクロック遺伝子

オレキシン系遺伝子の概日リズムと初期アルツハイマー病(AD)の病理への影響に関する研究

研究背景と目的

アルツハイマー病(Alzheimer’s Disease, AD)は中枢神経系の慢性変性疾患であり、その典型的な病理学的特徴には、β-アミロイドタンパク質(Aβ)の集積によって形成される老人斑と、タウタンパク質の過剰リン酸化によって形成される神経原線維変化が含まれる。近年の研究では、オレキシンとその受容体がADの発症メカニズムと密接に関連していることが明らかになっており、正常な生理条件下ではオレキシン系遺伝子が概日リズムを示すことが分かっている。しかし、ADの初期段階におけるオレキシン系遺伝子の概日特性と、AD進行におけるその潜在的な役割はまだ明確になっていない。本研究は、3xtg-ADマウスの初期段階におけるオレキシン系遺伝子の概日特性を解明し、AD神経病理の発展におけるその潜在的な役割を探ることを目的としている。

論文の出典と著者

この論文はJing Yin、Chun-Mei Tuo、Kai-Yue Yu、Xiao-Hong Hu、Yan-Ying Fan、Mei-Na Wuらの研究者によって執筆され、彼らはすべて山西医科大学に所属している。論文は2023年10月16日に「Neuromolecular Medicine」誌にオンラインで掲載された。

研究プロセス

a) 研究ワークフロー

研究では6ヶ月齢の雄性3xtg-ADマウスとC57BL/6J（野生型、WT）マウスを実験対象として選択し、一定の12時間の明暗周期（照明は午前6:00から午後6:00まで）と一定の温湿度条件下で飼育した。Zeitgeber Time（ZT）、つまり光周期時間に従って、ZT0、ZT4、ZT8、ZT12、ZT16、ZT20でサンプリングを行った。QT-PCR法を用いて、視床下部と海馬におけるオレキシン系遺伝子、AD危険遺伝子、核時計遺伝子（ccgs）のmRNA発現レベルを検出した。

同時に、Pearson相関分析を用いてオレキシン系遺伝子とAD危険遺伝子または核時計遺伝子発現との相関を探り、Western Blot法を用いて3xtg-ADマウスの海馬における可溶性Aβオリゴマーとリン酸化タウ（p-tau）タンパク質の発現レベルを検出した。

b) 主な研究結果

視床下部と海馬におけるオレキシン系遺伝子とAD危険遺伝子の概日特性

  1. 視床下部の変化：

    • WTマウスでは、PPO遺伝子がZT16で概日リズムを示した；しかし、3xtg-ADマウスでは、PPO遺伝子が概日リズムを失い、ZT16での発現レベルがWTマウスよりも有意に低かった。
    • ZT16では、3xtg-ADマウスのOX1RとOX2R遺伝子の発現レベルがWTマウスより有意に高かった。
    • AD危険遺伝子BACE2のZT16での発現がWTマウスより有意に高く、BACE1とBACE2遺伝子は3種類のマウスいずれにおいても有意な概日リズムを示さなかった。
    • 核時計遺伝子Bmal1、Per1、Per2、Cry1はWTマウスで明確な概日リズムを示したが、3xtg-ADマウスではPer2遺伝子のみが概日リズムを示した。

  2. 海馬の変化：

    • WTマウスでは、OX1RとOX2R遺伝子がZT16でピークに達したが、3xtg-ADマウスではそのピークがZT20まで遅延した。WTマウスのZT16におけるOX1R（p = 0.003）とOX2R（p = 0.011）遺伝子の発現は3xtg-ADマウスより有意に高かった。
    • AD危険遺伝子Bace1のZT4での発現がWTマウスより有意に高かったが、Bace2とBace1遺伝子は両マウスで有意な概日リズムを示さなかった。
    • 核時計遺伝子Bmal1とCry2はWTマウスで有意な概日リズムを示したが、3xtg-ADマウスでは不十分だった。

可溶性Aβオリゴマーとリン酸化タウタンパク質の発現

  • 3xtg-ADマウスのZT6とZT18での可溶性Aβオリゴマーの発現レベルがWTマウスより有意に高かったが、概日差は示さなかった。
  • 3xtg-ADマウスのZT6とZT18でのp-tau発現レベルはいずれもWTマウスより有意に高く、ZT18での発現はZT6より有意に高かった。

研究の結論と意義

結論

研究は初期AD段階におけるオレキシン系遺伝子の概日特性を初めて解明し、オレキシン系遺伝子とAD危険遺伝子または核時計遺伝子との正の相関を確認した。さらに、これらの遺伝子発現の異常がAβとp-tauの蓄積を加速し、ADの進行を促進する可能性があることが示された。

研究の価値

本研究はADの進行におけるオレキシン系の潜在的な役割を明らかにし、オレキシン系遺伝子とAD危険遺伝子および時計遺伝子との相関性をさらに証明した。これらの発見はADの病理メカニズムを包括的に理解する上で重要な科学的価値を持ち、ADの早期介入に新たな視点を提供する可能性がある。

研究のハイライト

  • 3xtg-ADマウスにおけるオレキシン系遺伝子の概日リズム特性とAD病理との関係を初めて記述した。
  • 初期AD段階におけるオレキシン系遺伝子の異常発現が、AβとP-tauの発現を増加させることでADの進行にさらに影響を与える可能性を解明した。
  • 研究方法では、多様な遺伝子およびタンパク質発現レベル検出技術を採用し、データが豊富で強い実証性を持つ。