ALSの発症機序解明並びに診断薬 開発に関する研究

研究責任者 ： 原 英彰 （岐阜薬科大学 薬効解析学研究室 教授） コーディネータ： 羽田野 泰彦 （名古屋産業科学研究所 中部TLO 技術移転部 部長）

2013年2月25日

研究背景 筋萎縮性側索硬化症 (ALS) は… ● 重篤な筋肉の萎縮と筋力低下を特徴とする進行性神経変性疾患

● 上位および下位運動ニューロンが選択的に障害を受ける

● 病因仮説 i) グルタミン酸毒性・受容体異常 ii) 酸化ストレス iii) 小胞体 (ER) ストレス などが提唱されているが、いずれも決定的ではない

● 治療薬：リルゾールのみ (グルタミン酸放出抑制剤)

● ALSの診断は除外診断が基本

http://www.talkingpointsmemo.com/archives/week_2009_08_30.php

Lou Gerick http://www.alsa.org/als/default.cfm

Dr. Steven Hoking

疾患の原因解明・確定診断法の確立が求められている

http://www.abconlinepharmacy.com/ns/customer/product2363-c-p1

新規病態関連タンパク質GPNMBの同定

脊髄

<DNAマイクロアレイ>

ALSモデルマウス ALSで変動する遺伝子を網羅的に解析

● 1回膜貫通型糖タンパク質

● 低転移性メラノーマ細胞株においてGPNMBが高発現

● 乳がん、結腸直腸がん、膵臓がん等にも高発現

● GPNMBの変異がDBA2Jマウスにおける緑内障を惹起。 Michael G. Anderson et al., Nature Genetics 2002

● 長期間の脱神経による骨格筋の減少を保護する。 Furochi et al., The Journal of Medical Investigation 2007

細胞外ドメイン

細胞膜

細胞内ドメイン Abdulhafez A. Selim et al. Med Sci Monit, 2009

中枢神経系に関する報告は未だない

GPNMB (glycoprotein transmembrane nmb)

ALS病態に対するGPNMBの作用 W

T A

LS

6 10 14 20 weeks

Values are mean ± SEM (n = 3 to 6). #P < 0.05 versus control (Student’s t-test). *P < 0.05, **P < 0.01 versus vehicle (Dunnett’s test).

V 0.025 0.25 2.5

G93A + Serum free GPNMB

µg/mL C

% o

f PI p

ositi

ve c

ells

* **

0

2

4

6

8

10

12

14

2.5

#

Control G93A/GPNMB (2.5 µg/mL)

G93A/vehicle GPNMB (2.5 µg/mL)

100 µm

青 (Hoechst) ：生細胞 赤 (PI) ：死細胞

＜GPNMBの神経保護作用＞

ALSで増加するGPNMBは神経保護作用を有する

＜病態進行に伴う脊髄中のGPNMBの増加＞

Rel

ativ

e qu

antit

y of

GP

NM

B (%

)

WT ALS

**

** **

6 10 14 20 weeks 0.0

4.0

8.0

1.2

1.6

2.0

## ##

##

Values are mean ± SEM (n = 3 to 5). **P < 0.01 versus WT mice (Student’s t-test). ##P < 0.01 versus 6-week-old ALS mice (Dunnett’s test).

100 µm

5 rpmの速度で回転するバーの上を走らせ、落下するまでの時間を計測(最大600秒)

G93A/GPNMB G93A/- -/GPNMB -/-

V5-tagged GPNMB

ß-actin

WT GPNMB

<ダブルトランスジェニックマウス>

<Rotarod test>

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

80 90 100 110 120 130 Days

Ons

et

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Cum

ulat

ive

surv

ival

100 110 120 130 140 150 Days

G93A/-

＜生存期間 (survival)＞

＜ローターロッドから落ちるまでの期間≒発症時期＞

G93A/-

8.2%の延長

10.4%の延長

G93A/GPNMB

G93A/GPNMB

N = 10, P < 0.01 using the log-rank test

N = 10, P < 0.05 using the log-rank test

GPNMB過剰発現によるALS病態への影響

GPNMBを過剰発現させたALSマウスの作製

運動機能の評価

GPNMBはALS病態を改善する

ALS患者とGPNMB ～臨床サンプルを用いた検討～

n =3, **p < 0.01 vs. Control

**

Rel

ativ

e qu

antit

y of

G

PN

MB

dep

ositi

on (

fold

s)

0

1

2

3

4

5

6

Control SALS

脊髄

Values are mean ± SEM (n = 10 to 28). **P < 0.01 versus control (Mann–Whitney U-test; CSF samples). **P < 0.01 versus controls and patients with Alzheimer (AD) and Parkinson diseases (PD) (Tukey’s test; sera samples).

脳脊髄液 血清

Control SALS

**

GP

NM

B (n

g/m

L)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Control AD

GP

NM

B (n

g/m

L)

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45 50

**

新技術の特徴、従来技術・競合技術との比較

長年の研究において多くのALS病態関連分子が同定さ

れてきたが、いずれもALS治療および診断には応用され

ていない。 今回発見されたGPNMBが、 ①神経保護作用を有しすること ②ALSバイオマーカーとしての可能性が示されたこと ③神経変性疾患の病態に関与していること を本発明が初めて示したことから、上記問題点を解決し

得る新たな標的分子として期待できる。

想定される用途

1.ALSに対するバイオマーカーとしてALS診断への応用が期待される

2. 治療効果を把握するための指標としても使用が可能 3. GPNMB抗体による病理診断 4. GPNMBに作用する化合物の創出 → ALS治療薬開発へ （他疾患への応用も視野に）

本研究成果は、2012年8月13日付の英国科学誌「Scientific Reports」 (vol.2, No.573, pp.1-11) に掲載されました。

実用化に向けた課題

今回の検討において、GPNMBが神経保護作用を有する

こと、そしてALS患者血清および脳脊髄液中で比較的特

異的に上昇することを発見した。しかし、GPNMBの生体

内 （特に中枢神経系） における機能は不明な点が多い。 今後は本技術の臨床応用に向けて、 GPNMBの発現、細

胞外分泌等の制御メカニズムの解明、GPNMB受容体の

同定並びに、臨床サンプルを用いた病態進行度および治

療成績に対する血中GPNMB量の変化を検討していく。

本技術に関する知的財産権

●発明の名称：筋萎縮性側索硬化症マーカー及び その利用 ●出願番号 ：PCT/JP2011/071311 ●出願人 ：岐阜市 ●発明者 ：原 英彰、嶋澤 雅光、田中 彦孝

想定される技術移転

今回発見されたGPNMBは、神経保護作用およびALSのバ

イオマーカーとしての可能性を有することが新たに示された。

すなわち、GPNMBおよび関連タンパク質を標的とした新薬

および新たなバイオマーカーの開発が期待される。バイオ

マーカーは単独でもALSの良好な発症可能性の判定指標と

なり得るが、従来までに同定された他の指標も利用すること

も可能であるためその応用の幅は広がるであろう。 今後は、医薬品および診断薬メーカーとの共同で、GPNMBを標的とした治療薬・診断薬の開発・実用化を目指したい。

本発明の実用化は、全世界のALS患者のQOL向上に寄与

するものと期待される。

お問い合わせ先

岐阜薬科大学

生体機能解析学大講座 薬効解析学研究室

原 英彰 URL: http://www.gifu-pu.ac.jp/lab/ seitaikinou/index.html Tel & Fax: 058-230-8126 e-mail: hidehara@gifu-pu.ac.jp