神経変性病態学分野

主要研究テーマ研究内容メンバー発表論文

 

主要研究テーマ

当分野の研究対象は、この世で唯一感染する神経変性病「プリオン病」です。驚くことに、その病原体(名前はかわいくて、プリオンと呼ばれていますが、この世で最も強い病原体です)は我々の体内に存在する正常蛋白質から作られます。こんな奇妙な病原体はその他に存在しません。我々は、この病気を知り、この世からなくなることを希望して、以下の研究テーマで研究を行なっています。

 

  • プリオンを作るプリオン蛋白質の正常機能を知る
  • プリオンはどのように作られるのかを知る
  • プリオンはどのように神経細胞を殺すのかを知る
  • プリオン病を予防・治療する

 

研究内容

1.プリオンはどのようにできるのか?

プリオンは、我々の脳、特に神経細胞に多く発現している正常プリオン蛋白質(膜糖蛋白質で細胞の外側を向いている)が異常プリオン蛋白質(正常プリオン蛋白質とアミノ酸配列は同じであるが、蛋白質の形が異なる)に変わることで産生されます(図1)。しかし、プリオンは細胞のどこで作られるのか、またプリオンが作られるためにはプリオン蛋白質以外のどのような分子が必要なのか、全く分かっていません。我々は、プリオン感染細胞や、ノックアウトマウスなどの遺伝子改変マウスを用いて、プリオンはどのようにできるのかという問題に取り組んでいます。

2.プリオン蛋白質の正常機能は?

我々は、正常プリオン蛋白質の正常機能を知るために、ノックアウトマウスやトランスジェニックマウスなどの遺伝子改変マウスを作製し研究を進めてきました。また、この研究の過程で、プリオン蛋白質のファミリー分子を発見しました。興味深いことに、これらの分子は互いに機能的に拮抗し、小脳プルキンエ神経細胞の変性死をもたらします。ファミリー分子はプリオン蛋白質が存在しないと神経毒として機能し、プルキンエ細胞死をもたらしますが、プリオン蛋白質はファミリー分子の神経毒性を阻害しプルキンエ細胞死を抑制します(図2)。また、プリオン蛋白質は虚血による神経細胞死も抑制します。このように、プリオン蛋白質は神経細胞を保護する機能を持っているようなのですが、その詳細なメカニズムは分かっていません。このメカニズムが分かれば、プリオン病の神経細胞死のメカニズムも分かるのではないかと期待されています。

3.どうしてプリオン病では神経細胞が死ぬのか?

プリオンは正常プリオン蛋白質が異常プリオン蛋白質に変わることで産生されることは、先に述べました。実際、正常プリオン蛋白質のノックアウトマウスはプリオンを接種しても感染せず、神経細胞は死にません。このことは、神経細胞が死ぬためには、プリオンが産生される必要があることを意味しています。プリオンが産生されると、異常プリオン蛋白質が脳内に蓄積します。従って、異常プリオン蛋白質の異常蓄積が神経細胞死を引き起こすと考えられます。しかし、異常プリオン蛋白質が蓄積すると、どうして神経細胞は死ぬのか全く分かっていません。我々は、この問題にも答えを出すべく研究を行っています。

4.プリオンは予防・治療できるのか?

プリオンワクチンは可能でしょうか?インフルエンザウイルスなどのように外部から侵入した病原体は、我々が体内に持っている成分と異なるために、我々の体はそれらを異物と認識し排除しようとします。この仕組みを利用して開発されたのがワクチンです。しかし、先ほど述べましたように、プリオンは我々の体内にあるプリオン蛋白質から出来ています。従って、プリオンは異物として認識できず排除できません。つまり、プリオンワクチンは出来ないということになります。しかし、プリオンの形は正常プリオン蛋白質の形と異なります。この形の違いを利用すれば、プリオンワクチンが夢でなくなるかもしれません。我々はこの夢を実現すべく研究をしています。また、プリオンの治療研究も行なっています。

5.その他

上記以外にも、こんな研究もやってみたいんだけど…と思われるヒトは、いつでも当分野にご相談ください。

 

メンバー

教授 坂口末廣教授
坂口 末廣
Suehiro Sakaguchi
TEL : 088-633-7438
E-mail : sakaguchi@tokushima-u.ac.jp
准教授 内山圭司准教授
内山圭司
Keiji Uchiyama
TEL : 088-633-7439
E-mail : ku200@tokushima-u.ac.jp
千田淳司助教
千田 淳司
Junji Chida
TEL : 088-633-7439
E-mail : jchida@tokushima-u.ac.jp
hara.jpg助教
原 英之
Hideyuki Hara
TEL : 088-633-7439
E-mail : hara@tokushima-u.ac.jp

 

発表論文

  1. Nagasawa Y.et al.,Prion Protein Binds to Aldolase A Produced by Bovine Intestinal M Cells. Open Journal of Veterinary Medicine5 :43-60,2015
  2. Uchiyama K et al.,Mouse-Hamster Chimeric Prion Protein (PrP) Devoid of N-terminal Residues 23-88 Restores Susceptibility to 22L Prions, But Not to RML Prions in PrP-Knockout Mice.PLoS ONE 9(10):e109737,2014
  3. Uchiyama K. et al.,Prions disturb post-Golgi trafficking of membrane proteins. Nature Communications 4:1846,2013
  4. Kimura T. et al.,Synthesis of an (11) C-labeled antiprion GN8 derivative and evaluation of its brain uptake by positron emission tomography. ChemMedChem 8(7):1035-9,2013
  5. Kishimoto Y. et al.,Age-dependent impairment of eyeblink conditioning in prion protein-deficient mice. PLoS ONE  8(4):e60627,2013
  6. Yamaguchi Y. et al.,Biological and biochemical characterization of mice expressing prion protein devoid of the octapeptide repeat region after infection with prions. PLoS ONE 7(8):e43540,2012
  7. Kubota T. et al.,Direct evidence of generation and accumulation of β-sheet-rich prion protein in scrapie-infected neuroblastoma cells with human IgG1 antibody specific for β-form prion protein. J Biol Chem. 287(17):14023-14039,2012
  8. Ishibashi D. et al.,Antigenic mimicry-mediated anti-prion effects induced by bacterial enzyme succinylarginine dihydrolase in mice.Vaccine 29(50):9321-9328,2011
  9. Takakura I.et al.,Orally administered prion protein is incorporated by M cells and spreads into lymphoid tissues with macrophages in prion protein knockout mice. American Journal of Pathology 79(3):1301-9,2011
  10. Fujita K, Yamaguchi Y, Mori T, et al. Effects of a brain-engraftable microglial cell line expressing anti-prion scFv antibodies on survival times of mice infected with scrapie prions. Cell. Mol. Neurobiol. 2011 (in press)
  11. Sakaguchi S., et al. Antibody-based immunotherapeutic attempts in experimental animal models of prion diseases. Expert Opin. Ther. Pat. 19 :907-917, 2009
  12. Sakaguchi S., Prospects for Preventative Vaccines against Prion Diseases. Protein and Peptide Letters 16(3): 260-70, 2009
  13. Sakaguchi S., Antagonistic roles of the N-terminal domain of prion protein to doppel. Prion 2(3): 107-111, 2008
  14. Yoshikawa D. et al., Dominant-negative effects of the amino-terminal half of prion protein on neurotoxicity of PrP-like protein/doppel in mice. J. Biol. Chem. 283(35): 24202-11, 2008
  15. Nasu-Nishimura Y. et al., Cellular prion protein prevents brain damage after encephalomyocarditis virus infection in mice. Archives of Virology 153(6): 1007-1012, 2008.
  16. Sakaguchi S., Recent development in therapeutics for prion diseases. Expert Opin. Ther. Pat. 18(1): 35-59, 2008
  17. Sakaguchi S., Molecular biology of prion protein and its first homologous protein. J. Med. Invest. 54(3-4): 211-223, 2007
  18. Kim CK. et al., Late-onset olfactory deficits and mitral cell loss in mice lacking prion protein with ectopic expression of Doppel. Int. J. Mol. Med. 20(2): 169-76, 2007
  19. Kim CK. et al., Reduced response of splenocytes after mitogen-stimulation in the prion protein (PrP) gene-deficient mouse: PrPLP/Doppel production and cerebral degeneration. Biochem. Biophys. Res. Commun. 358: 469-474, 2007
  20. Jiaxin Dong et al., Doppel induces degeneration of cerebellar Purkinje cells independently of Bax. American Journal of Pathology 171(2): 599-607, 2007
  21. Nishimura T. et al., Serum withdrawal-induced apoptosis in Zrch I prion protein (PrP) gene-deficient neuronal cell line is suppressed by PrP, independent of Doppel. Microbiology and Immunology 51(4): 457-66, 2007
  22. Miyazawa K. et al., Immunohistochemical characterization of cell types expressing the cellular prion protein in the small intestine of cattle and mice. Histochem. Cell. Biol. 127(3): 291-301, 2007
  23. Sakaguchi S. et al., Recent developments in mucosal vaccines against prion diseases. Expert Review of Vaccines 6(1): 75-85, 2007
  24. Ishibashi D. et al., Immunization with recombinant bovine but not mouse prion protein delays the onset of disease in mice inoculated with a mouse-adapted prion. Vaccine 25(6): 985-992, 2007
  25. Yoshikawa D. et al., Newly established in vitro system with fluorescent proteins shows that abnormal expression of downstream prion protein-like protein in mice is probably due to functional disconnection between splicing and 3’ formation of prion protein pre-mRNA. Gene 386: 139-146, 2007
  26. Sakaguchi S. Roles of Prion Protein and Prion Protein-Like Protein in Neurodegeneration Implication in the Pathogenesis of Prion Diseases :53-71 PRIONS: New Research edited by Bridgette V. Doupher, Nova Science Publishers, Inc. 2006
  27. Kawatake S. et al., Surface plasmon resonance analysis for the screening of ant-prion compounds. Biol. Pharm. Bull. 29(5): 927-932, 2006
  28. Yamanaka H. et al., Enhanced mucosal immunogenicity of prion protein following fusion with B subunit of Escherichia coli heat-labile enterotoxin. Vaccine 24: 2815-2823, 2006
  29. Sakurai-Yamashita Y. et al., Female-specific neuroprotection against transient brain ischemia observed in mice devoid of prion protein is abolished by ectopic expression of prion protein-like protein. Neuroscience 136: 281-287, 2005
  30. Sakaguchi S., Prion protein, prion protein-like protein, and neurodegeneration. Neurodegeneration and Prion Disease edited by David R. Brown: 167-193, 2005, Springer
  31. Arima K. et al, Biological and biochemical characteristics of prion strains conserved in persistently-infected cell cultures. Journal of Virology 79: 7104-7112, 2005
  32. Atarashi R. et al., The absence of prion-like infectivity in mice expressing prion protein-like protein. EXCLI Journal 3: 82-90, 2004
  33. Sakaguchi S., Antagonistic roles of prion protein and prion protein-like protein in neurodegeneration. Recent Research Developments in Experimental Medicine 1: 47-61, 2004
  34. Nishimura T. et al., Cellular prion protein regulates intracellular hydrogen peroxide level and prevents copper-induced apoptosis. Biochem. Biophys. Res. Commun. 323:218-222, 2004
  35. Yamaguchi N. et al, Doppel-induced Purkinje cell death is stoichiometrically abrogated by prion protein. Biochem. Biophys. Res. Commun. 319: 1247-1252, 2004
  36. Sakudo A. et al., Prion protein suppresses perturbation of cellular copper homeostasis under oxidative conditions. Biochem. Biophys. Res. Commun. 313: 845-850, 2004
  37. Watarai M. et al., Cellular prion protein promotes Brucella infection into macrophages. J. Exp. Med. 198: 5-17, 2003
  38. Atarashi R. et al., Deletion of N-terminal residues 23-88 from prion protein (PrP) abrogates the potential to rescue PrP-deficient mice from PrP-like protein/Doppel-induced neurodegeneration. J. Biol. Chem. 278: 28944-28949, 2003
  39. Valenti P. et al., Similar target, different effects: late-onset ataxia and spatial learning in prion protein-deficient mouse lines. Neurogenetics 3: 173-184, 2001
  40. Atarashi R. et al., Abnormal activation of glial cells in the brains of prion protein-deficient mice ectopically expressing prion protein-like protein, PrPLP/Dpl. Mol. Med. 7: 803-809, 2001
  41. Deli MA. et al., PrP fragment 106-126 is toxic to cerebral endothelial cells expressing PrPC. NeuroReport 11(17): 3931-3936, 2000
  42. Li A. et al., Physiological expression of the gene for PrP-like protein, PrPLP/Dpl, by brain endothelial cells and its ectopic expression in neurons of PrP-deficient mice ataxic due to Purkinje cell degeneration. American Journal of Pathology 157(5): 1447-1452, 2000
  43. Nakaoke R. et al., Early appearance but lagged accumulation of detergent-insoluble prion protein in the brains of mice inoculated with a mouse-adapted Creutzfeldt-Jakob disease agent. Cell. Mol. Neurobiol. 20(6): 717-730, 2000
  44. Aimin Li et al., Identification of a novel gene encoding a PrP-like protein expressed as chimeric transcripts fused to PrP exon 1/2 in ataxic mouse line with a disrupted PrP gene. Cell. Mol. Neurobiol. 20(5): 553-567, 2000
  45. Kopacek J. et al., Upregulation of the genes encoding lysosomal hydrolases, a perforin-like protein, and peroxidases in the brains of mice affected with an experimental prion disease. Journal of Virology 74: 411-417, 2000
  46. Nishida N. et al., A mouse prion protein (PrP) transgene rescues Purkinje cell degeneration and demyelination in mice deficient for PrP. Laboratory Investigation 79: 689-697, 1999
  47. Katamine S. et al., Impaired motor coordination in mice lacking prion protein. Cell. Mol. Neurobiol. 18: 731-742, 1998
  48. Sakaguchi S. et al., Loss of cerebellar Purkinje cells in aged mice homozygous for a disrupted PrP gene. Nature 380: 528-531, 1996
  49. Sakaguchi S. et al., Accumulation of proteinase K-resistant prion protein (PrP) is restricted by the expression level of normal PrP in mice inoculated with a mouse-adapted strain of the Creutzfeldt-Jakob disease agent. Journal of Virology 69: 7586-7592, 1995
  50. Miyamoto T. et al., The infectivity is dissociated from PrP accumulation in salivary gland of Creutzfeldt-Jakob disease agent-inoculated mice. Annals of the New York Academy of Sciences 724: 310-313, 1994
  51. Sakaguchi S. et al., Kinetics of infectivity are dissociated from PrP accumulation in salivary glands of Creutzfeldt-Jakob disease agent-inoculated mice. Journal of General Virology 74: 2117-2123, 1993

 

和文論文リスト
  1. 内山圭司、坂口末廣:プリオン病における神経変性のメカニズム.Clinical Neuroscience.第31巻 第9号 1022-1024, 2013
  2. 坂口末廣:44章スローウイルスとプリオン.レビンソン微生物学・免疫学[原書11版] 吉開泰信/西山幸廣 監修 著書 321-325, 2012 
  3. 坂口末廣:プリオン蛋白異常化と伝達・進行のメカニズム.プリオン病と遅発性ウイルス感染症 著書 37-43, 2010 
  4. 森剛志、坂口末廣:プリオン病.Clinical Neuroscience 第28巻 第6号 906-908, 2010 
  5. 坂口末廣:プリオン病と治療戦略の最近の動向.BRAIN and NERVE 第61巻 第8号 929-938, 2009
  6. 坂口末廣:プリオン病予防ワクチンの開発の試み.Pp373-384, 山本重夫監修、シーエムシー出版。2009, 3/31 「バイオ医薬の開発技術とシーズ」
  7. 坂口末廣:基礎医学研究の活性化を目指して―若手研究者の育成:今後求められるもの―.四国医学雑誌 第64巻 第1,2号,7-9,2008
  8. 坂口末廣:プリオンタンパク質の正常機能とプリオン病における役割。生化学 vol. 79, No. 9, 843-852, 2007
  9. 坂口末廣:プリオン伝播(プリオン蛋白異常化)のメカニズム。日本臨床 第65巻・第8号(平成19年8月号)特集:プリオン病と遅発性ウイルス感染症。1391-1395, 2007
  10. 坂口 末廣:プリオン病。感染症 The infection、36(4)、9-13、2006,  カラー図, 17-18
  11. 坂口 末廣:プリオン蛋白質の生理機能。化学療法の領域、22(1)、56-62、2006