分子薬理部
研究活動の概要

　分子薬理部では令和3年4月1日よりリサーチフェロー　栢原智道の採用、派遣研修員として小野功朗（京都大学医学部脳神経外科大学院生）、岡田明大（京都大学医学部脳神経外科大学院生）、鐘ヶ江太一（大阪大学生命機能研究科大学院生）の受け入れを行った。

　分子薬理部で新谷を中心に取り組んでいるのは、①ミトコンドリア呼吸鎖の活性調節機構の解明と創薬研究、および②心疾患の病態形成に関与する新規分子標的の探索、機能解析である。本年度は、①チトクロムCオキシダーゼ(CcO)活性化剤の最適化、ミトコンドリアチトクロムCオキシダーゼだけでなく、広くヘム銅オキシダーゼスーパーファミリーの活性調節メカニズムについてクライオ電顕による構造解析、ラマン分光法、計算化学を組み合わせ、活性調節機構の解明に成功した。
また②当研究室で同定したメカノシグナルに関与する介在板タンパク質Xのノックアウトマウス、トランスジェニックマウスの表現型解析をすすめ、心不全、心筋内炎症の進展に関与することを明らかにした。

　創薬基盤研究室では、③トランスレーショナルリサーチを実践し脳動脈瘤病態制御機構の解明とそれに基づく新規薬物治療法・新規診断法の開発に取り組んでいる。脳動脈瘤の発生・増大・破裂という病態の各段階を再現可能な複数のモデル動物の整備を完了した。そしてそれらモデル動物を使用した成果として、破裂を制御する特異的機構の解明、創薬標的の同定、治療薬候補薬剤の同定、新規の診断法としてのマクロファージイメージングに使用するMRI造影剤の開発を行った。

2021年の主な研究成果
  1. ミトコンドリア呼吸鎖の活性調節機構の解明と創薬研究
    　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の発見に基づき、低分子化合物によるCcO活性化剤探索研究を進めており、細胞機能アッセイのみならず、CcO活性化剤の中枢神経系のLeigh脳症モデルマウス(Ndufs4 KO)、およびミトコンドリア心筋症モデルマウス(Ndufs6 KO)を用いた薬効評価試験の実施体制を整え、R2年度に応募したAMED難治性疾患実用化研究事業・ステップゼロに採択された。R3年度は、新規化合物の合成を精力的にすすめ、最適化をおこなっている。またミトコンドリアチトクロムCオキシダーゼだけでなく、広くヘム銅オキシダーゼスーパーファミリーの活性調節メカニズムについてクライオ電顕による構造解析、ラマン分光法、計算化学を組み合わせ、活性調節機構の解明に成功した。本知見を生かし、原核生物のオキシダーゼ特異的な阻害剤の創出に成功した。

  2. 心疾患の病態形成に関与する新規分子標的の探索、機能解析
    　心拍動によるメカノシグナル依存的にAMPKの介在板への局在がコントロールされることを見出し、心筋細胞同士の細胞接着装置である介在板の重要性に着目した。AMPKにより、特異的に介在板でリン酸化される基質としてCLIP-170、さらに新規分子Xを同定した。生体における機能を解析するため、分子Xのノックアウト（KO）マウス、心筋細胞特異的に変異体を強制発現するトランスジェニック（TG）マウスを作成した。KOマウスは圧負荷モデルで有意な炎症細胞浸潤の抑制と心保護効果を認めた。さらにC末端を欠損した変異体を発現させたTGマウスは右室心外膜側を中心に有意な石灰化と炎症細胞浸潤を認め、メカノストレスと心筋内炎症を結びつける重要な因子であることを明らかにした。

  3. 脳動脈瘤病態制御機構の解明とそれに基づく新規薬物治療法・新規診断法の開発
    　創薬基盤研究室では、脳動脈瘤の発生・増大・破裂の各過程を再現可能な複数のモデル動物を独自技術として確立した。それらを駆使し、病態形成機構の解明とその知見に基づく創薬研究と新規診断法の開発を行っている。本年度は、以下の成果を上げた。
    • 脳動脈瘤破裂には血管壁外膜部分での血管新生という器質的変容と好中球の参加による炎症反応の質的変容という特異的機構が必要であることを明らかとした。
    • 破裂過程での構造的質的変容を誘導する因子として低酸素と低酸素依存的に産生されるVEGFの寄与を示唆する所見を得た。
    • ヒト症例の横断的観察研究からスタチン製剤の破裂予防薬としての可能性を確認した。
    • P2rX4,補体受容体, CCR2のシグナル介達因子を新規創薬標的として同定した。
    • 薬物治療法開発と並行し薬剤溶出性血管内治療ディバイス開発を開始した。
    • 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と治験に向けた前臨床安全性試験を行った。
研究業績
  1. Miyashita Y, Tsukamoto O, Matsuoka K, Kamikubo K, Kuramoto Y, Fu HY, Tsubota T, Hasuike H, Takayama T, Ito H, Hitsumoto T, Okamoto C, Kioka H, Oya R, Shinomiya H, Hakui H, Shintani Y, Kato H, Kitakaze M, Sakata Y, Asano Y, Takashima S. The CR9 element is a novel mechanical load-responsive enhancer that regulates natriuretic peptide genes expression. FASEB Journal. 35, e21495, 2021.
  2. Takahashi Y, Kioka H, Fukuhara S, Kuribayashi S, Saito S, Asano Y, Takashima S, Yoshioka Y, Sakata Y. Visualization of Spatial Distribution of Spermatogenesis in Mouse Testes Using Creatine Chemical Exchange Saturation Transfer Imaging. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 54, 1457-1465, 2021.
  3. Shimizu K, Kataoka H, Imai H, Yamamoto Y, Yamada T, Miyata H, Koseki H, Abekura Y, Oka M, Kushamae M, Ono I, Miyamoto S, Nakamura M, Aoki T. Hemodynamic Force as a Potential Regulator of Inflammation-Mediated Focal Growth of Saccular Aneurysms in a Rat Model. Journal of Neuropathology & Experimental Neurology. 80, 79-88, 2021.
  4. Shimizu K, Imamura H, Tani S, Adachi H, Sakai C, Ishii A, Kataoka H, Miyamoto S, Aoki T, Sakai N. Candidate drugs for preventive treatment of unruptured intracranial aneurysms: A cross-sectional study. PLOS ONE. 16, e0246865, 2021.
  5. Yashirogi S, Nagao T, Nishida Y, Takahashi Y, Qaqorh T, Yazawa I, Katayama T, Kioka H, Matsui TS, Saito S, Masumura Y, Tsukamoto O, Kato H, Ueda H, Yamaguchi O, Yashiro K, Yamazaki S, Takashima S, Shintani Y. AMPK regulates cell shape of cardiomyocytes by modulating turnover of microtubules through CLIP-170. EMBO Reports. 22, e50949, 2021.
  6. Okazaki A, Yamazaki S, Inoue I, Ott J. Population genetics: past, present, and future. Human Genetics. 140, 231-240, 2021.
  7. Min KD, Asakura M, Shirai M, Yamazaki S, Ito S, Fu HY, Asanuma H, Asano Y, Minamino T, Takashima S, Kitakaze M. ASB2 is a novel E3 ligase of SMAD9 required for cardiogenesis. Scientific Reports. 11, 23056, 2021.
  8. Shimizu K, Imai H, Kawashima A, Okada A, Ono I, Miyamoto S, Kataoka H, Aoki T. Induction of CCN1 in Growing Saccular Aneurysms: A Potential Marker Predicting Unstable Lesions. Journal of Neuropathology & Experimental Neurology. 80, 695-704, 2021.
  9. 宮田 悠, 青木 友浩, 野崎 和彦. 脳動脈瘤壁情報の画像化と破裂に関わる因子の解析. 脳ドック学会報. 7, 21-24 , 2021.
  10. 宮田 悠, 青木 友浩, 野崎 和彦. くも膜下出血. Clinical Neuroscience. 39, 526-528, 2021.
  11. 山﨑 悟. Book review「遺伝/ゲノム看護」. 医学のあゆみ. 276, 249-250, 2021.
  12. 山﨑 悟. 新著紹介「生命の閃光　体は電気で動いている」. 循環制御. 42, 50-52, 2021.