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私が大学生の頃は、細胞死といえばアポトーシスかネクローシス、といった認識でしたが、今ではフェロトーシス、パイロトーシス、パータナトス……と、色々な経路の細胞死が明らかになっています [1]

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Galluzzi et al., Cell Death Differ, 2018 [1]より

このうちのパータナトス(Parthanatos)は、虚血による細胞死や [2]、パーキンソン病のシヌクレイン病理による細胞死 [3] と関連が深い、という内容が、アメリカ・ジョーンズホプキンス大学の Dawson & Dawson のラボから報告されていました [4]

パータナトスは、ポリ(ADPリボース)ポリメラーゼ-1(PARP-1)を介する細胞死で、PARP-1の活性化によりポリ(ADPリボース)(PAR)が核内から細胞質へ移行して細胞内に蓄積し、ミトコンドリアから放出され核内へ移行するアポトーシス誘導因子(apoptosis-inducing factor, AIF)が、パータナトス関連アポトーシス誘導性因子ヌクレアーゼ(parthanatos-associated apoptosis-inducing factor (AIF) nuclease, PAAN)、またの名をマクロファージ遊走阻止因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)(PAAN/MIF)と結合する事で細胞死が誘導されると言われています。

PARPには色々な機能が報告されていますが、ざっくりと言うと、DNAダメージの修復や転写調節、クロマチンや有糸分裂の調整といったイメージです。

いくつかのPARP阻害薬は癌領域の治療薬として既にFDAの承認が得られていますが、上記のように結構重要な機能も持っているので、慢性的に投与するとDNA障害などの懸念が生じます。

そこで今回、Dawson & Dawson の研究グループは、PARPではなく、パータナトスの調整に大きく関与する、パータナトス関連アポトーシス誘導性因子ヌクレアーゼ(parthanatos-associated apoptosis-inducing factor (AIF) nuclease, PAAN)、またの名をマクロファージ遊走阻止因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)(PAAN/MIF)を阻害することで、パーキンソン病モデルマウスの細胞死を防ぐ、という方法を試みました [5]

PAAN/MIFをターゲットにしてパータナトスを阻害すると、パーキンソン病を防ぐことができるか……否か

MIFノックアウトマウスは、α-Syn PFF脳内接種への耐性を持つ

彼らはまず、α-Syn凝集体(preformed fibrils, PFFs)脳内接種マウスを使って、MIF阻害で細胞死を防げるかどうか確認しました。

野生型マウスはα-Syn PFFの線条体接種で黒質(Substantia Nigra, SN)の細胞の半数近くが減少し、ドパミン代謝も落ち、運動機能も落ちていましたが、MIFノックアウトマウスだと、PBS接種とほとんど変わらない、という結果が得られ、

「MIF阻害でα-Syn PFFによる細胞死を劇的に防ぐ」

という可能性が示唆されました。

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さらに彼らは、

  • MIF E22Q 変異:MIFヌクレアーゼ活性に関与
  • MIF P2G 変異:サイトカイン活性機能に関与

の2種類のマウスを使って、同様の実験を行いました。

すると、α-Syn PFF接種による細胞死はE22Qではレスキューできるのに対し、P2Gでは全くレスキューできませんでした。

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α-Syn PFFを接種した野生型とP2Gマウスの黒質(Substantia Nigra, SN)ではDNA障害が確認され、E22Q変異では確認されなかった事から、

「MIFのヌクレアーゼ活性がα-Syn PFFによる細胞死に関与している」

という可能性が考えられました。

PAAN/MIFヌクレアーゼ活性のα-Syn PFF誘導性細胞死への関与を、細胞系でも確認

彼らは、上記マウスの結果を細胞系でも確認しました。

プライマリーニューロンにα-Syn PFFを処置すると、MIF/AIFの結合が促進され、これはPARP阻害薬で阻害されました

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また、このα-Syn PFF処置でDNAの断片化や細胞死が起こっていましたが、これはMIFノックアウト、E33Q変異、E22A変異(いずれもMIFのヌクレアーゼ活性が低下)でレスキューされました。

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この系でα-Syn病理を確認すると、MIFノックアウトマウス由来のプライマリーニューロンではα-Syn病理も改善しており、

神経細胞障害⇔α-Syn病理の負のサイクルが生じている可能性も示唆されました。

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PAAN/MIF阻害薬の作製

上記の結果から、PAAN/MIFのヌクレアーゼ活性を阻害することで、α-Syn PFFによる神経細胞死を防げる可能性が得られたため、彼らは、高分子化合物ファイブラリーの中からPAAN/MIF阻害作用を持つ化合物をスクリーニングしました。

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さらに彼らは、細胞死阻害作用を持ち、血液脳関門(blood-brain barrier, BBB)を通過する化合物を選出し(C8)、その誘導体にPAANIB-1と名付けました。

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PAANIB-1は、MIFの61-64aaと73aaに結合し、ヌクレアーゼ活性を阻害し、

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パータナトスによる細胞死を抑えました。

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PAANIB-1は、α-Syn PFF接種マウスの神経障害を抑制

このPAANIB-1を、α-Syn PFF接種マウスに傾向投与したところ、黒質の神経細胞死、DNA障害、運動機能障害などがほとんどレスキューされました。

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PAANIB-1は、AAVによるα-Syn過剰発現マウスの神経障害を抑制

さらに、アデノ随伴ウイルス(Adeno-associated virus, AAV)ベクターでα-Synを過剰発現したマウスでも、PAANIB-1でほとんどレスキューされました。

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PAANIB-1は、MPTPによる神経障害を抑制

さらには、MPTP投与によるドパミン神経障害マウスの神経障害も、PAANIB-1でほとんどレスキューされました。

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以上の結果と、彼らの以前の研究報告から、

  • α-SynやMPTPによってDNA障害が起こる
      ↓
    PARP1が活性化して、PARが放出され、ミトコンドリアからAIFが放出される
      ↓
    AIFとMIFが結合し、パータナトスによる神経障害が起こる

 

  • MIFのヌクレアーゼ活性を阻害することで、これらの機序を阻害し、パーキンソン病の神経細胞死を防げる

という可能性が示唆されました。

 

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My View

この論文、どーしよーかなー、と迷いましたが、やっぱり無視できないかなーと思って記事に残しておくことにしました。

なんで迷ったかというと……この夫妻のラボからの報告は内容はいつも凄いけど、再現性がとれない、という事をよく聞いているからです。

例えば、つい先日このラボから報告があったインフラマソームとパーキンソン病の論文 [6] に "PARIS" という分子が登場しますが、このPARISは、最初に彼らが報告してから [7]、少なくとも4つの製薬会社が創薬に向けて再現実験を行い、1社も再現できなかったと聞いています。

この再現実験に数億ドル規模の資金が投入されており、製薬会社達にとっては大きな痛手だったと聞きました。

それでもPARIS関連の論文を出し続けているところは、「流石、マインドが違うなー」と感心しますが……。

なので、この論文に関しても、私の周囲の人達は勿論知っていましたが、「でも、このラボからの論文は信用できないからね。」という反応でした。

 

また、少し前に、消化管にα-Syn PFFを接種し、脳内に激しいα-Syn病理が広がったという論文がこのラボから出ていましたが [6]、その数年前から、同様の方法で消化管にα-Syn PFF接種したマウスの方向は数件あり、いずれも脳幹に病理を認める程度に留まって、脳内全体に激しく広がる事はない、と報告されていました。

彼らの ”激しく広がる" 論文と既報との違いは、PFFの大きさと消化管接種の場所にある、と彼らの論文の中で主張されていましたが、その比較論文の1つに、私の身内が書いた論文がありました。

その比較論文では、ちゃんと "接種前にソニケーションして細かくしたα-Syn PFFを接種した" と書かれていたのですが、Figureにはソニケーション後の絵を載せていなかったので、彼らは、フィブリル作製を説明するFigureの絵を使って長さを算出し、「この論文のフィブリルは長すぎたので脳内に広がらなかった」と間違って解釈した考察が書かれました。

現ラボの仲間たちからも、「ちゃんと論文読めばわかるはずなのに、おかしいよね。これは当人達にレターを出して、考察部分を直してもらったほうがいいよ。」と言われました。

で、実際に T Dawson に丁寧なメールを送って、「間違って解釈されているので直してください。」とお願いしたところ、彼からは、意外な返事が帰ってきました。

「あのFigureだったら間違えて当然だ。私たちは論文の中身を訂正しないから、そっちの論文を訂正すべきだ。」

私達はその返事に驚きましたが、何を言っても通じなさそうだったので、とりあえず自分たちの論文にソニケーション後のFigureを追加して、この話は終わりました。

 

結局、なぜ同じような方法で行った実験が、他のいくつかのラボでは脳幹止まりという結果だったのに、彼らのだけ激しく良い結果が得られたのかは謎のままです。

α-Syn フィブリルは、同じように作っても違うポテンシャルのフィブリルができるという事なので、

彼らが精製した時はたまたまスーパーフィブリルができた、という事だったのかもしれませんが……

ただ、自分たちが間違えて引用した論文に関して、指摘された後も訂正しない姿勢を貫くのを見ると、次々とビッグジャーナルに掲載される彼らの論文を読んでいても、「ほんとのところはどーなんかなー」と思ってしまいます。

 

 

と、まあ、ラボに関してはネガティブなイメージが強いですが、やっぱり論文の趣旨はとておもしろくて、内容もすごくきれいなデータばかりなので、このラボの背景を知らない人が読んだら、「すごく画期的な内容の研究論文が出た」と感動するんじゃないかと思います。

 

普通は、メカニズムと創薬は別々の論文にしそうですが、ここでは1つの論文の中でMIF阻害によるパータナトス抑制の機能について調べ、さらに効果的にMIFを阻害してBBB透過性のある化合物をスクリーニングし、実際にその化合物を使って(しかも経口投与)、色々なパーキンソン病モデルマウスの表現型を見事に改善させています。α-Syn接種後に化合物を投与して劇的な効果が得られる、という点も、PDの創薬ターゲットとして大きな魅力だと思います。

またα-SynマウスだけではなくてMPTPマウスでも改善しているので、なんと汎用性が広いんだ、と驚くと同時に、どうやったらこれだけの大量の実験ができるのか、と感心します。

 

ただ、この論文を読んだだけでも、やっぱり気になるところがあります。

一番は、MIF阻害でマウスや細胞の表現型がほぼ100%近く改善しているところ。

これだと、パータナトスを防げばすべての細胞死が防げるかのように解釈できちゃいますが、パーキンソン病のドパミン神経細胞死のメカニズムはアポトーシスやフェロトーシスなど、他にも色々と言われています。

せめて60-70%くらいだったら私の中での信憑性もあがるのですが、流石に100%は改善しすぎのような気がします。

 

また、α-Syn接種マウスの細胞死を見ていますが、α-Syn病理を全然みていないところも気になります。

これでは、α-Syn病理は存在した状態で細胞死が完全に抑制できるのか、細胞死が起こらなくなるのはα-Syn病理ができなかったからのかわかりません。

この論文の中にある細胞系の実験では、MIFを抑えると細胞内のα-Syn病理も減るそうなので、マウスのα-Syn病理がどうなっているのか、非常に気になります。

普通はレビューアーが指摘しそうなものですが、先のcorrectionを巡るやり取りを考えると、「なんだかんだゴリ押ししたんじゃないだろうか……」と邪推してしまう今日このごろ……。

 

うーん……最近、ピュアな心で論文が読めなくなってきたような……どうしよう……。

References

  1. Galluzzi L, Vitale I, Aaronson SA, Abrams JM, Adam D, Agostinis P, Alnemri ES, Altucci L, Amelio I, Andrews DW, Annicchiarico-Petruzzelli M, Antonov AV, Arama E, Baehrecke EH, Barlev NA, Bazan NG, Bernassola F, Bertrand MJM, Bianchi K, Blagosklonny MV, Blomgren K, Borner C, Boya P, Brenner C, Campanella M, Candi E, Carmona-Gutierrez D, Cecconi F, Chan FK, Chandel NS, Cheng EH, Chipuk JE, Cidlowski JA, Ciechanover A, Cohen GM, Conrad M, Cubillos-Ruiz JR, Czabotar PE, D'Angiolella V, Dawson TM, Dawson VL, De Laurenzi V, De Maria R, Debatin KM, DeBerardinis RJ, Deshmukh M, Di Daniele N, Di Virgilio F, Dixit VM, Dixon SJ, Duckett CS, Dynlacht BD, El-Deiry WS, Elrod JW, Fimia GM, Fulda S, García-Sáez AJ, Garg AD, Garrido C, Gavathiotis E, Golstein P, Gottlieb E, Green DR, Greene LA, Gronemeyer H, Gross A, Hajnoczky G, Hardwick JM, Harris IS, Hengartner MO, Hetz C, Ichijo H, Jäättelä M, Joseph B, Jost PJ, Juin PP, Kaiser WJ, Karin M, Kaufmann T, Kepp O, Kimchi A, Kitsis RN, Klionsky DJ, Knight RA, Kumar S, Lee SW, Lemasters JJ, Levine B, Linkermann A, Lipton SA, Lockshin RA, López-Otín C, Lowe SW, Luedde T, Lugli E, MacFarlane M, Madeo F, Malewicz M, Malorni W, Manic G, Marine JC, Martin SJ, Martinou JC, Medema JP, Mehlen P, Meier P, Melino S, Miao EA, Molkentin JD, Moll UM, Muñoz-Pinedo C, Nagata S, Nuñez G, Oberst A, Oren M, Overholtzer M, Pagano M, Panaretakis T, Pasparakis M, Penninger JM, Pereira DM, Pervaiz S, Peter ME, Piacentini M, Pinton P, Prehn JHM, Puthalakath H, Rabinovich GA, Rehm M, Rizzuto R, Rodrigues CMP, Rubinsztein DC, Rudel T, Ryan KM, Sayan E, Scorrano L, Shao F, Shi Y, Silke J, Simon HU, Sistigu A, Stockwell BR, Strasser A, Szabadkai G, Tait SWG, Tang D, Tavernarakis N, Thorburn A, Tsujimoto Y, Turk B, Vanden Berghe T, Vandenabeele P, Vander Heiden MG, Villunger A, Virgin HW, Vousden KH, Vucic D, Wagner EF, Walczak H, Wallach D, Wang Y, Wells JA, Wood W, Yuan J, Zakeri Z, Zhivotovsky B, Zitvogel L, Melino G, Kroemer G. Molecular mechanisms of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2018. Cell Death Differ. 2018 Mar;25(3):486-541. doi: 10.1038/s41418-017-0012-4. Epub 2018 Jan 23. PMID: 29362479; PMCID: PMC5864239.
  2. Wang Y, An R, Umanah GK, Park H, Nambiar K, Eacker SM, Kim B, Bao L, Harraz MM, Chang C, Chen R, Wang JE, Kam TI, Jeong JS, Xie Z, Neifert S, Qian J, Andrabi SA, Blackshaw S, Zhu H, Song H, Ming GL, Dawson VL, Dawson TM. A nuclease that mediates cell death induced by DNA damage and poly(ADP-ribose) polymerase-1. Science. 2016 Oct 7;354(6308):aad6872. doi: 10.1126/science.aad6872. PMID: 27846469; PMCID: PMC5134926.
  3. Kam TI, Mao X, Park H, Chou SC, Karuppagounder SS, Umanah GE, Yun SP, Brahmachari S, Panicker N, Chen R, Andrabi SA, Qi C, Poirier GG, Pletnikova O, Troncoso JC, Bekris LM, Leverenz JB, Pantelyat A, Ko HS, Rosenthal LS, Dawson TM, Dawson VL. Poly(ADP-ribose) drives pathologic α-synuclein neurodegeneration in Parkinson's disease. Science. 2018 Nov 2;362(6414):eaat8407. doi: 10.1126/science.aat8407. PMID: 30385548; PMCID: PMC6431793.
  4. Park H, Kam TI, Peng H, Chou SC, Mehrabani-Tabari AA, Song JJ, Yin X, Karuppagounder SS, Umanah GK, Rao AVS, Choi Y, Aggarwal A, Chang S, Kim H, Byun J, Liu JO, Dawson TM, Dawson VL. PAAN/MIF nuclease inhibition prevents neurodegeneration in Parkinson's disease. Cell. 2022 May 26;185(11):1943-1959.e21. doi: 10.1016/j.cell.2022.04.020. Epub 2022 May 10. PMID: 35545089; PMCID: PMC9149120.
  5. Panicker N, Kam TI, Wang H, Neifert S, Chou SC, Kumar M, Brahmachari S, Jhaldiyal A, Hinkle JT, Akkentli F, Mao X, Xu E, Karuppagounder SS, Hsu ET, Kang SU, Pletnikova O, Troncoso J, Dawson VL, Dawson TM. Neuronal NLRP3 is a parkin substrate that drives neurodegeneration in Parkinson's disease. Neuron. 2022 May 25:S0896-6273(22)00450-0. doi: 10.1016/j.neuron.2022.05.009. Epub ahead of print. PMID: 35654037.
  6. Shin JH, Ko HS, Kang H, et al. PARIS (ZNF746) repression of PGC-1α contributes to neurodegeneration in Parkinson's disease. Cell. 2011;144(5):689-702. doi: 10.1016/j.cell.2011.02.010
  7. Kim S, Kwon SH, Kam TI, Panicker N, Karuppagounder SS, Lee S, Lee JH, Kim WR, Kook M, Foss CA, Shen C, Lee H, Kulkarni S, Pasricha PJ, Lee G, Pomper MG, Dawson VL, Dawson TM, Ko HS. Transneuronal Propagation of Pathologic α-Synuclein from the Gut to the Brain Models Parkinson's Disease. Neuron. 2019 Aug 21;103(4):627-641.e7. doi: 10.1016/j.neuron.2019.05.035. Epub 2019 Jun 26. PMID: 31255487; PMCID: PMC6706297.
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