神経変性疾患（Neurodegenerative diseases）研究用ツール

アルツハイマー病（Alzheimer's Disease, AD）は進行性の神経変性疾患で、認知症の70％を占める病気です。疾患の初期段階では短期的な記憶力の低下が特徴です。病気が進行すると、言語障害、見当識障害、気分の変動などの新しい症状が現れます。アルツハイマー病の症状は、脳の神経細胞が広範囲に死滅することによります。細胞死が誘発される機序は不明ですが、ERK 1/2活性化がアミロイドβオリゴマーによる神経毒性を媒介し、神経変性をもたらすことが示唆されています。
アミロイド斑の細胞外蓄積および神経原線維の変化は、患者脳におけるADの明確な特徴です。アミロイド前駆体タンパク質（APP）の切断はアミロイドβ原線維の形成をもたらします。これらのアミロイド線維は、プラークと呼ばれる細胞外の塊を形成します。また、この疾患の初期段階では電圧依存性カリウムチャネルKv3.4の発現が上昇することが分かっています。

Amyloidβ（Aβ）は、アミロイド前駆体タンパク質（APP）がβセクレターゼおよびγセクレターゼに切断されることで生じる37～49残基のペプチドです。切断されたAβは、通常細胞外へ放出されて分解されますが、この過程の調節に異常が生じると蓄積してアミロイド線維を形成し、老人斑（アミロイド斑）と呼ばれる沈着を生じます。老人班の主成分はAβ40とAβ42で、Aβ42はより強力な神経毒性を示します。1992年に老人班が神経原線維変化の形成と、それに続く神経細胞死の責任因子であると示唆する報告がなされ、アミロイドカスケード仮説と呼ばれるようになりました。しかし、その後の研究の進展によりアルツハイマー病の発症とプラークの沈着量の相関が低いこと、Amyloidβプラークのない部位でも神経細胞死が生じることや、認知機能に異常のない脳内にもAmyloidβプラークが存在することが明らかになり、さらにアルツハイマー病患者のなかには脳内に病変が観察されないケースがあることも報告されるなど新たな発見が相次ぎ、アミロイドカスケード仮説は見直されるようになってきました。現在では、老人班ではなくAmyloidβオリゴマーがアルツハイマー病の主たる病因ではないかというAmyloidβオリゴマー仮説が提唱されるようになり、オリゴマーによるシナプスの構造・機能の障害を標的とするような治療法の開発なども進められています。

Tauはニューロンにおいて微小管を安定化させるタンパク質です。主に軸索に存在し、樹状突起やそのほかの部位にも存在します。Tauの凝集・神経原線維変化（Neurofibrillary Tangle, NFT）が認められる神経変性疾患を総称してタウオパチー（Tauopathy）と呼び、アルツハイマー病、大脳皮質基底核変性症、前頭側頭型認知症などが含まれます。Tauには多くのリン酸化部位がありますが、過剰なリン酸化を受けると微小管に結合できなくなり、微小管の不安定化やリン酸化Tau同士のオリゴマー形成などを引き起こします。オリゴマーはさらに凝集してPHF（Paired Helical Filament）を形成し、最終的に不溶性の凝集体であるNFTが形成されます。長年、タウオパチーで見られる神経細胞死において、NFTは神経毒性を発揮する主原因であると考えられてきましたが、最近の研究ではTauオリゴマーが最も毒性が高く、病態の拡大にも関与している可能性を示す証拠が増えつつあります。

パーキンソン病（Parkinson's Disease, PD）は、中枢神経系の変性を特徴とする進行性の神経疾患で、黒質に存在するドーパミンを産生する神経細胞の死滅により引き起こされます。パーキンソン病の症状は運動に関連しており、歩行困難、歩行異常、振戦（ふるえ）、こわばりなどが認められます。原因は解明されていませんが、患者の約15％は親族にパーキンソン病患者がいます。遺伝性疾患とは考えられていませんが、患者の5％はαシヌクレイン（Alpha-synuclein, SNCA）、Parkin（PRKN）、Leucine-rich repeat kinase 2（LRRK 2/dardarin）、PTEN-induced putative kinase 1（PINK1）、Ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase isozyme L1（UCHL1）、DJ‐1およびATP13A2を含む複数の遺伝子のいずれかに変異を有します。
Dardarinと呼ばれるタンパク質をコードする遺伝子LRRK2の変異は、常染色体優性Parkinson病8（PARK8）や一部の散発性症例を引き起こすことが示されています。この遺伝子の変異は、パーキンソン病の家族性症例の大部分を占めます。

レビー小体（Lewy body）は、パーキンソン病およびレビー小体型認知症における主な病理学的特徴になっており、αシヌクレイン線維とタウ（Tau）、ユビキチン、ニューロフィラメントタンパク質、αBクリスタリンなどの関連タンパク質から構成されています。そのため、主成分のαシヌクレインはパーキンソン病研究において特に重要です。
ミトコンドリアに局在するPTEN-induced putative kinase 1（PINK1）の変異は、常染色体性若年性パーキンソン病6（PARK6）を引き起こすことが示されており、不適切に折り畳まれたタンパク質の蓄積を引き起こし、細胞ストレスやアポトーシスから神経細胞を保護することができなくなります。
Ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase isozyme L1（UCHL1）の点変異は、常染色体優性パーキンソン病5 (PARK5) を引き起こすことが示されています。さらに、抗酸化活性を高めるUCHL1の多型は、パーキンソン病の早期発症を予防する可能性があります。
Transient receptor potential cation channel subfamily M member 7（TRPM7）の変異も、筋萎縮性側索硬化症‐パーキンソン認知症複合1（ALS‐PDC1）に対する感受性の増加と関連しています。

αシヌクレインは脳内に存在するきわめて可溶性の高いタンパク質です。主にシナプス前終末に存在し、シナプス小胞の分泌に関与しています。αシヌクレインが凝集して重合・線維化すると神経毒性を示し、これがPrionタンパク質のように脳内に広がっていく性質を有することが分かっています。αシヌクレインの異常な凝集・蓄積やレビー小体形成などに特徴づけられる神経変性疾患を総称してシヌクレイノパチー（Synucleinopathy）と呼び、パーキンソン病やレビー小体型認知症などがこれに分類されます。αシヌクレインモノマーは自己集合してオリゴマーを形成し、これが凝集して線維化しPFF（Pre-formed fibril）を形成します。オリゴマーおよびPFFは神経毒性を有します。また、αシヌクレインPFFは“Seed（凝集の核）”となり、αシヌクレインモノマーを取りこむことが分かっています。αシヌクレインはさまざまな翻訳後修飾を受け、N末端のアセチル化（αシヌクレインの安定性と毒性に関与）やSer129のリン酸化修飾（シヌクレイノパチーの脳内レビー小体に認められる）などさまざまな形態が明らかにされ、シヌクレイノパチーとの関与について研究が進められています。

PD治療の創薬研究に疾患モデル動物は欠かせません。PDモデルには、PD患者で見られるαシヌクレイン凝集・レビー小体形成・黒質緻密部におけるドーパミン作動性ニューロン脱落・運動障害といった特徴を示すことが求められます。PDモデルマウス作製方法には「薬剤のマウスへの投与」、「家族性PDの原因遺伝子とされる因子の遺伝子改変」、「超音波処理したαシヌクレインPFFのマウス脳への注入」などがあります。

αシヌクレインモノマー、αシヌクレインPFFを超音波処理した後、8週齢のC57/BL6マウスの脳に注入した。30日後に切片を作製し、免疫組織染色を行った。
αシヌクレインPFFを注入した試料では、線条体、大脳皮質、注入部位の反対側にリン酸化αシヌクレインの凝集が認められた。
A：Mouse α-Synuclein Type1 Monomer（#SPR-323）1.25 μl
B：Mouse α-Synuclein Type1 Monomer（#SPR-323）2.5 μl
C：Mouse α-Synuclein Type1 PFF（#SPR-324）2.5 μg
D：Mouse α-Synuclein Type1 PFF（#SPR-324）5 μg
黒枠の図：PBS（ネガティブコントロール：NC）
一次抗体：抗α-Synuclein pSer129抗体
二次抗体：HRP標識抗ウサギIg抗体

筋萎縮性側索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS）は、運動神経細胞の細胞死による全身の骨格筋の筋力低下、筋萎縮を主症状とする神経変性疾患です。ALSの90％は非遺伝的に発症しますが、残りの10％程度は遺伝的に発症し、その原因遺伝子として20種類ほどが同定されています。中でも酸化還元酵素SOD1（Cu/Zn Superoxide Dismutase）の変異により発症するケースが最も多く、変異体SOD1を発現するトランスジェニックマウスはALSモデル動物として使用されています。SOD1の変異が引き起こすALSの発症機序の解明が期待されています。
SOD1は活性中心に銅イオンと亜鉛イオンを持つ金属酵素で、細胞内に発生した活性酸素を分解する働きを担っています。SOD1は154アミノ酸（ヒト）、24 kDaの比較的小さなタンパク質ですが、100種類以上の変異体が報告されており（下図参照）、それら変異体のほとんどは本来の活性酸素を分解する酵素活性に影響がないことが知られています。そのため、ALSの発症には酵素活性とは別の要因があると考えられ、変異に伴う獲得毒性（toxic gain of function）が要因として有力視されています。