分子薬理部
研究活動の概要

　分子薬理部では令和元年6月1日より新谷泰範が部長として大阪大学より赴任し、それに伴い上級研究員　西田優也の赴任、情報制御研究室室長　山崎悟の配置換えがあり、平成29年より在籍の創薬基盤研究室室長　青木友浩とともに体制を新たにした。

　分子薬理部で新谷を中心に取り組んでいるのは、ミトコンドリアチトクロムCオキシダーゼ（CcO）の活性調節機構の解明とそれによる創薬研究、および心疾患の病態形成に関与する新規分子標的の探索である。本年度は、移転、異動に伴うマウスや実験機材の移設、CcO活性化剤の病態モデルマウスを用いた薬効評価系の確立、チトクロムCオキシダーゼの活性調節メカニズムの解明に進展があった。

　創薬基盤研究室では、本年度は脳動脈瘤のモデル動物を使用し破裂機構の解析を進め、外膜の器質的変化や好中球浸潤といった破裂特異的な機構の一端を解明した。また、ヒト病変の網羅的遺伝子発現解析結果に基づき新規の治療薬候補因子を同定した。さらに、血流という力学要素がどのように炎症反応という生物学的現象を惹起するかという普遍的な疑問を解明するために新規のモデル動物を確立し検討を進めた。新規の診断法開発としては病変局所の炎症状態を可視化するマクロファージイメージング用の新規のMRI造影剤の最終候補粒子選定を行った。

2019年の主な研究成果

　分子薬理部では、CcOの活性をアロステリックに調節する内因性のタンパク質Higd1aのトランスジェニックゼブラフィッシュを用いた検討およびミトコンドリア病モデル細胞を用いた検討によりCcO活性化が新規治療法につながる、というコンセプトを確立し、論文報告した。
また以前より取り組んでいる低分子化合物によるCcO活性化剤探索研究をさらに進めるため、CcO活性化剤の中枢神経系の疾患モデルマウス（Ndufs4 KO）、および循環器系疾患モデルマウス（Ndufs6 KO）を用いた薬効評価試験の実施体制を整えた。活性化剤の開発については、Ndufs4 KOマウスを使った急性投与、慢性投与試験で薬効が確認でき、現在有機合成によるさらなる化合物の改良をすすめている。
診断法の確立にも取り組んでおり、国立循環器病研究センター研究所画像診断医学部との共同研究で、骨格筋、心臓における代謝イメージング法の開発をすすめている。またCcO活性化剤と複合体構造解析の結果から、動作メカニズムの解明のため分子動力学シミュレーションに取り組んでいる。さらに独自に取得したCcO阻害剤との複合体構造と共鳴ラマン分光分析法を組み合わせ、活性阻害メカニズムの一端を明らかにした。

　創薬基盤研究室では、脳動脈瘤破裂によるくも膜下出血を予防するための新規の診断法・治療法の創出を目標として主にモデル動物を使用した検討を継続している。本年度は、新規に確立したくも膜下出血モデルラットを用い脳動脈瘤の破裂誘導機構として外膜での血管新生とそれを介した好中球浸潤の寄与を明らかとした。従来発生や進展にはマクロファージ依存的慢性炎症反応が寄与するという知見も考え合わせると、本年度の成果から脳動脈瘤の破裂には外膜での器質的変化や異なる細胞種の遊走などの発生や増大とは異なる特異的な機構が必要であることが示唆された。
また、病変形成を担う力学因子の同定に向けて頚動脈吻合による新規の動脈瘤モデルラットを確立し、数値流体解析と炎症反応の解析を実施した。そして、病変発生時では高いずり応力負荷と伸展刺激下での、増大においては低いずり応力かつ高い乱流負荷下でのマクロファージ浸潤の誘導を明確とした。現在さらにこの機構の検討を進めているが、これらの検討結果は力学因子と生物学的現象の連関を明らかとする可能性のあるものである。
さらに、ヒト脳動脈瘤標本の網羅的遺伝子発現解析によりマクロファージ浸潤を担う因子群がヒト脳動脈瘤病変でも発現誘導されていることを示し、モデル動物での検討結果の外挿性を明らかとした。
また、解析結果より複数の創薬標的を新規に同定しそれらに対するモデル動物での検討を進めた。
新規診断法開発としては、病変局所の炎症状態を可視化するためのマクロファージイメージング用の新規MRI造影剤の最終候補粒子の選定を行った。

研究業績
  1. Kamikubo K, Kato H, Kioka H, Yamazaki S, Tsukamoto O, Nishida Y, Asano Y, Imamura H, Kawahara H, Shintani Y, Takashima S. A molecular triage process mediated by RING finger protein 126 and BCL2-associated athanogene 6 regulates degradation of G0/G1 switch gene 2. Journal of Biological Chemistry. 294, 14562-14573, 2019.
  2. Yamada N, Asano Y, Fujita M, Yamazaki S, Inanobe A, Matsuura N, Kobayashi H, Ohno S, Ebana Y, Tsukamoto O, Ishino S, Takuwa A, Kioka H, Yamashita T, Hashimoto N, Zankov DP, Shimizu A, Asakura M, Asanuma H, Kato H, Nishida Y, Miyashita Y, Shinomiya H, Naiki N, Hayashi K, Makiyama T, Ogita H, Miura K, Ueshima H, Komuro I, Yamagishi M, Hone M, Kawakami K, Furukawa T, Koizumi A, Kurachi Y, Sakata Y, Minamino T, Kitakaze M, Takashima S. Mutant KCNJ3 and KCNJ5 Potassium Channels as Novel Molecular Targets in Bradyarrhythmias and Atrial Fibrillation. Circulation. 139, 2157-2169, 2019.
  3. Hodatsu A, Fujino N, Uyama Y, Tsukamoto O, Imai-Okazaki A, Yamazaki S, Seguchi O, Konno T, Hayashi K, Kawashiri MA, Asano Y, Kitakaze M, Takashima S, Yamagishi M. Impact of cardiac myosin light chain kinase gene mutation on development of dilated cardiomyopathy. ESC Heart Failure. 6, 406-415, 2019.
  4. Nakajima Y, Ito S, Asakura M, Min KD, Fu HY, Imazu M, Hitsumoto T, Takahama H, Shindo K, Fukuda H, Yamazaki S, Asanuma H, Kitakaze M. A dipeptidyl peptidase-IV inhibitor improves diastolic dysfunction in Dahl salt-sensitive rats. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 129, 257-265, 2019.
  5. Shimizu K, Miyata H, Abekura Y, Oka M, Kushamae M, Kawamata T, Mizutani T, Kataoka H, Nozaki K, Miyamoto S, Aoki T. High-Fat Diet Intake Promotes the Enlargement and Degenerative Changes in the Media of Intracranial Aneurysms in Rats. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 78, 798-807, 2019.
  6. Miyata H, Shimizu K, Koseki H, Abekura Y, Kataoka H, Miyamoto S, Nozaki K, Narumiya S, Aoki T. Real-time Imaging of an Experimental Intracranial Aneurysm in Rats. Neurologia Medico-Chirurgica. 59, 19-26, 2019.
  7. Shimizu K, Kushamae M, Mizutani T, Aoki T. Intracranial Aneurysm as a Macrophage-mediated Inflammatory Disease. Neurologia Medico-Chirurgica. 59, 126-132, 2019.
  8. Shimizu K, Kushamae M, Aoki T. Macrophage Imaging of Intracranial Aneurysms. Neurologia Medico-Chirurgica. 59, 257-263, 2019.
  9. Frosen J, Cebral J, Robertson AM, Aoki T. Flow-induced, inflammation-mediated arterial wall remodeling in the formation and progression of intracranial aneurysms. Neurosurgical Focus. 47, E21, 2019.
  10. Aoki T, Koseki H, Miyata H, Itoh M, Kawaji H, Takizawa K, Kawashima A, Ujiie H, Higa T, Minamimuran K, Kimura T, Kasuya H, Nozaki K, Morita A, Sano H, Narumiya S. RNA sequencing analysis revealed the induction of CCL3 expression in human intracranial aneurysms. Scientific Reports. 9, 10387, 2019.
  11. Oka M, Kushamae M, Aoki T, Yamaguchi T, Kitazato K, Abekura Y, Kawamata T, Mizutani T, Miyamoto S, Takagi Y. KRAS G12D or G12V Mutation in Human Brain Arteriovenous Malformations. World Neurosurgery. 126, e1365-e1373, 2019.
  12. Nagao T, Shintani Y, Hayashi T, Kioka H, Kato H, Nishida Y, Yamazaki S, Tsukamoto O, Yashirogi S, Yazawa I, Asano Y, Shinzawa-Itoh K, Imamura H, Suzuki T, Suzuki T, Goto YI, Takashima S. Higd1a improves respiratory function in the models of mitochondrial disorder. FASEB Journal. Epub, 2019.
  13. Saba R, Kitajima K, Rainbow L, Engert S, Uemura M, Ishida H, Kokkinopoulos I, Shintani Y, Miyagawa S, Kanai Y, Kanai-Azuma M, Koopman P, Meno C, Kenny J, Lickert H, Saga Y, Suzuki K, Sawa Y, Yashiro K. Endocardium differentiation through Sox17 expression in endocardium precursor cells regulates heart development in mice. Scientific Reports. 9, 11953, 2019.
  14. Saito S, Takahashi Y, Ohki A, Shintani Y, Higuchi T. Early detection of elevated lactate levels in a mitochondrial disease model using chemical exchange saturation transfer (CEST) and magnetic resonance spectroscopy (MRS) with 7T MR imaging. Radiological Physics and Technology. 12, 232-233, 2019.
  15. Takahashi Y, Kioka H, Shintani Y, Ohki A, Takashima S, Sakata Y, Higuchi T, Saito S. Detection of increased intracerebral lactate in a mouse model of Leigh syndrome using proton MR spectroscopy. Magnetic Resonance Imaging. 58, 38-43, 2019.
  16. Saito S, Takahashi Y, Ohki A, Shintani Y, Higuchi T. Early detection of elevated lactate levels in a mitochondrial disease model using chemical exchange saturation transfer (CEST) and magnetic resonance spectroscopy (MRS) at 7T-MRI. Radiological Physics and Technology. 12, 46-54, 2019.
  17. Miyata H, Imai H, Koseki H, Shimizu K, Abekura Y, Oka M, Kawamata T, Matsuda T, Nozaki K, Narumiya S, Aoki T. Vasa vasorum formation is associated with rupture of intracranial aneurysms. Journal of Neurosurgery. Epub, 2019.
  18. Koseki H, Miyata H, Shimo S, Ohno N, Mifune K, Shimano K, Yamamoto K, Nozaki K, Kasuya H, Narumiya S, Aoki T. Two Diverse Hemodynamic Forces, a Mechanical Stretch and a High Wall Shear Stress, Determine Intracranial Aneurysm Formation. Translational Stroke Research. Epub, 2019.
  19. Lee J, Aoki T, Thumkeo D, Siriwach R, Yao C, Narumiya S. T cell-intrinsic prostaglandin E2-EP2/EP4 signaling is critical in pathogenic TH17 cell-driven inflammation. Journal of Allergy and Clinical Immunology. 143, 631-643, 2019.
  20. 山崎 悟. 新著紹介：ビッグデータが医療を変える. 循環制御. 40, 55-56, 2019.
  21. 青木 友浩. 脳血管疾患の遺伝子異常の検索の意義. 脳神経外科周術期管理のすべて（改訂第5版）. 160-168, 2019.
  22. 九社前 美香, 清水 寛平, 青木 友浩. 脳動脈瘤に対するマクロファージを標的とした新規薬物治療法開発の可能性. The Mt. Fuji Workshop on CVD. 37, 37-41, 2019.