ATP10Bとパーキンソン病の新しい発見
研究によると、ATP10Bはパーキンソン病の運動問題と神経細胞の健康に関わっているんだって。
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目次
パーキンソン病(PD)は、動きに影響を与える一般的な脳の障害だよ。アルツハイマー病に次ぐ、2番目に多い神経変性疾患なんだ。この20年で、ますます多くの人がこの病気と診断されているよ。
パーキンソン病の症状
PDは、主に以下のような動きに関連する症状が知られているよ:
- 震え(シェイク)
- 動きの遅さ(ブラディキネシア)
- 硬直(リジディティ)
- 姿勢の不安定(バランスの問題)
でも、動き以外の症状もあって、これが人の生活の質に影響を与えることもあるんだ。これらの症状には:
- 便秘
- 認知の低下(考えることや記憶の問題)
- うつ
- 痛み
パーキンソン病における運動障害の原因
PDの人に見られる運動問題の主な原因は、脳のある部分(黒質)で特定の神経細胞が徐々に失われていくことなんだ。これらの神経細胞は、動きをコントロールするために必要な化学物質「ドーパミン」を作り出しているんだ。これらの細胞が死んだり、損傷したりすると、ドーパミンが減って、運動症状が出てくるよ。
ドーパミン経路
黒質の神経細胞は、軸索と呼ばれる長い突起を伸ばして、脳の別の部分(背側線条体)に接続しているんだ。この接続は、動きや新しいスキルを学ぶのに重要な役割を果たすニグロストリアタル経路を形成してるよ。研究によると、これらの神経細胞からのドーパミン放出の問題は、目に見える損傷が起こる前にしばしば発生するんだ。
アルファシヌクレインの役割
PDの患者には、アルファシヌクレインという異常なタンパク質が蓄積されることもあるんだ。このタンパク質は、ルヴィ小体やルヴィ神経突起と呼ばれる構造を形成し、脳細胞の正常な機能を妨げるんだ。これらの構造には、他の細胞の壊れた部分や過剰な脂肪など、さまざまな成分が含まれているよ。
パーキンソン病の要因
PDの原因は複雑で、遺伝的、環境的、加齢的要因が絡み合っているんだ。研究者たちは、この病気の発症に関連する新しい遺伝子を見つけるために懸命に取り組んでいるよ。多くの新しい遺伝子は、細胞内の廃棄物を分解し、材料をリサイクルするのに役立つ内因性リソソーム経路に関連しているんだ。
遺伝的要因:ATP10B
注目されている遺伝子の一つがATP10Bだよ。研究者たちは、PDと認知症を持つ人々がこの遺伝子に目立つ変異を持っていることを発見したんだ。この変異は、細胞内で特定の脂肪を輸送するために必要なタンパク質の機能に影響を与えることがあるよ。変異はPDのリスクを高めることに関連しているけれど、いくつかの研究では直接的な因果関係は確立されていないんだ。
ATP10Bの機能
ATP10Bは、ライソソームやエンドソームと呼ばれる細胞の区画の膜を越えて脂肪を移動させるのを助けるタンパク質なんだ。細胞内のさまざまな脂質のバランスを保つのに重要で、ATP10Bがうまく機能しないと、有害物質が増えたり、特に脳細胞において適切な細胞機能が失われることにつながるよ。
ラットでのパーキンソン病の研究
ATP10Bが脳細胞にどのように影響を与えるかを理解するために、研究者たちはラットを使ったモデルを作ったんだ。彼らは特定の脳細胞のATP10Bの量を減らして、その影響を時間をかけて観察したんだ。
研究デザイン
この研究では、研究者たちは特別な道具を使って、成体の雌ラットの脳のATP10Bをターゲットにしたんだ。彼らは、ATP10B遺伝子の発現を減少させる小さな遺伝子材料(RNA)を届けたよ。この治療は、神経細胞だけをターゲットにするベクターを使って行われたんだ。一つのラットのグループが治療を受け、もう一つのグループはコントロールを受けたよ。
行動テスト
時間をかけて治療を受けたラットの運動能力や行動を評価するために、さまざまなテストが行われたよ。テストには:
- ローターロッドテスト:バランスと連携を評価
- オープンフィールドテスト:移動距離と活動レベルを測定
- シリンダーテスト:四肢の使用の違いをチェック
- 高さのある体揺れテスト:体の動きとバランスを評価
- カタレプシーテスト:筋肉の硬直を探る
行動テストの結果
時間が経つにつれて、ATP10Bレベルが減少したラットは、人間のPD患者と似たような運動障害の兆候を示したんだ。彼らは回転ロッドでのバランスが難しく、体の一側を好む傾向が見られ、活動レベルも減少していたよ。筋肉の硬直も確認されていて、これがさらにパーキンソン症状の発展を示しているんだ。
ドーパミントランスポーターのイメージング
研究者たちは特別なイメージング技術を使って、ラットの脳内のドーパミントランスポーターのレベルを観察したんだ。このイメージングでは、ATP10B RNAで治療された側の脳でドーパミントランスポーターが有意に減少していることが示されたよ。この減少は、その領域でドーパミンを生成する神経終末が時間とともに失われていることを示唆しているんだ。
ドーパミン神経細胞の神経変性
この研究では、ドーパミンを生成する神経細胞の数にも注目しているんだ。時間が経つにつれて、治療を受けたラットの脳でこれらの重要な細胞が失われていることが分かったよ。その結果、ドーパミンのレベルが減少していたことが確認されたんだ。
ライソソームの機能と変化
研究者たちは、ATP10Bの喪失がライソソーム、つまり細胞の廃棄物処理システムに与える影響も調査したんだ。残っているドーパミン生成神経細胞にはライソソームが少なく、存在しているライソソームはサイズが大きかったんだ。これは、ライソソームシステムがうまく機能していないことを示唆していて、脳の健康全体の低下に寄与している可能性があるよ。
ヒト幹細胞の研究
これらの発見を人間で確認するために、研究者たちはドーパミンを生成する神経細胞に発展することができるヒト幹細胞を使ったモデルを作ったんだ。ATP10Bが減少した細胞は、正常な細胞に比べてドーパミンを生成する神経細胞が少ないことが分かって、ATP10Bの神経細胞の健康における重要性がさらに強調されたよ。
結論
この研究は、ドーパミンを生成する神経細胞の健康におけるATP10Bの重要な役割を浮き彫りにしているんだ。研究結果は、ATP10Bの減少が運動障害や神経変性などの問題を引き起こすことを示唆していて、パーキンソン病の主な特徴を模倣しているよ。ATP10B、ドーパミン神経細胞、パーキンソン病に寄与する細胞プロセスとの関係をさらに探るために、さらなる研究が必要なんだ。
これらのメカニズムを理解することで、パーキンソン病を抱える人々への新たな治療法や管理戦略の洞察が得られるかもしれないね。
タイトル: Loss of the lysosomal lipid flippase ATP10B leads to progressive dopaminergic neurodegeneration and Parkinsonian motor deficits
概要: BackgroundATP10B, a transmembrane lipid flippase located in late endosomes and lysosomes, facilitates the export of glucosylceramide and phosphatidylcholine by coupling this process to ATP hydrolysis. Recently, loss-of-function mutations in the ATP10B gene have been identified in Parkinsons disease patients, pointing to ATP10B as a candidate genetic risk factor. Previous studies have shown compromised lysosomal functionality upon ATP10B knockdown in human cell lines and primary cortical neurons. However, its role in vivo and specifically in the nigrostriatal dopaminergic system remains poorly understood. MethodsTo investigate the role ATP10B in PD neuropathology, we induced ATP10B knockdown specifically in substantia nigra pars compacta neurons of rats using viral vector technology. Two different microRNA-based shRNA constructs targeting distinct regions of the ATP10B mRNA were used to cross-validate the findings. Behavioral evaluation, dopamine transporter 18F-FE-PE2I positron emission tomography imaging and neuropathological examination of the nigrostriatal pathway at one year post-injection were conducted. Additionally, midbrain neuronal cultures derived from ATP10B knock-out human induced pluripotent stem cells clones were used to study the impact of ATP10B loss in dopaminergic neurons in a more translational model. ResultsATP10B knockdown in rat brain induced Parkinsonian motor deficits, and longitudinal striatal dopamine transporter 18F-FE-PE2I PET imaging revealed a progressive decrease in binding potential. Immunohistochemical analysis conducted one year post-injection confirmed the loss of dopaminergic terminals in the striatum, alongside a loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta. The expression of LAMP1, LAMP2a, cathepsin B and glucocerebrosidase was studied by immunofluorescence in the surviving dopaminergic neurons. A decrease in lysosomal numbers and an increase in lysosomal volume were observed more consistently in one of the knockdown constructs. The vulnerability of dopaminergic neurons to ATP10B loss-of-function was also observed in midbrain neuronal cultures derived from ATP10B knock-out human induced pluripotent stem cells clones, which showed a significant reduction in TH-positive neurons. ConclusionTaken together, our findings demonstrate that ATP10B depletion detrimentally impacts the viability of dopaminergic neurons both in vivo and in vitro. Moreover, a broader impact on the functionality of the nigrostriatal pathway was evidenced as rats with ATP10B knockdown exhibited motor impairments similar to those observed in PD patients.
著者: Veerle Baekelandt, M. Sanchiz-Calvo, E. Coccia, C. Cawthorne, G. Parfitt, K. Van Laere, T. Torre-Muruzabal, D. Cabezudo, G. Tsafaras, A. Cascalho, C. Van Den Haute, P. Vangheluwe, J. Blanchard, E. Bentea
最終更新: 2024-07-13 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.09.602700
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.09.602700.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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