家族性アルツハイマー病の遺伝子変異、脳を含まないヒト細胞モデルで神経と筋肉の接続に障害

米セントラルフロリダ大学（UCF）などの研究チームは、家族性アルツハイマー病に関連する遺伝子変異が、脳や脊髄を含まないヒト細胞の実験系でも、神経から筋肉への情報伝達を妨げることを示しました。筋肉の動きを制御する神経への直接的な影響を捉えた結果で、研究チームは、運動機能の変化を早期発見や治療の研究につなげられる可能性があると考えています。

脳の変化とは独立した神経への影響

アルツハイマー病では記憶や認知機能の低下が知られる一方、一部の患者では、認知症状が明らかになる何年も前から、バランスや歩き方、体の動かし方に変化が見られます。今回の研究は、こうした運動の問題が脳の損傷に伴って起こるだけなのか、体のほかの場所にある神経にも直接的な異常が生じるのかを調べました。

研究を率いたのは、UCFのナノサイエンス技術センターのジェームズ・ヒックマン教授と、シウファン・「ナディーン」・グオ研究教授です。ヘルスケア技術企業Hesperosの研究者が共同で取り組み、米国立衛生研究所の国立老化研究所が支援しました。研究成果は、専門誌「Alzheimer’s & Dementia」に掲載されています。

ヒックマン氏は、今回の遺伝子変異から末梢神経系の障害が直接生じ得ることを示したのは初めてだとしています。末梢神経系とは、脳と脊髄の外側にある神経のことで、体の各部との信号のやり取りを担います。

健康な筋肉と変異を持つ運動神経を組み合わせる

実験には、複数のヒト細胞を小さな装置内で組み合わせ、体内での相互作用や機能を再現する「ヒューマン・オン・ア・チップ」という技術を使いました。この装置は、ヒックマン氏が共同創業したHesperosが製造しています。

研究チームが再現したのは、運動神経と筋肉の接点に当たる「神経筋接合部」です。運動神経は筋肉に収縮の指令を送る細胞で、この接合部で信号が伝わることによって体を動かせます。接合部が損なわれると、筋力や協調した動き、持久力に影響が出ることがあります。

研究チームは、さまざまな種類の細胞に分化できる幹細胞から、家族性アルツハイマー病に関連する変異を持つ運動神経を作り、健康な筋肉の細胞と組み合わせました。脳と脊髄を含めない構成にすることで、中枢神経系を介さずに神経と筋肉の連携へ影響が及ぶかを調べました。

評価したのは、神経の信号によって筋肉がどれほど確実に収縮するか、疲労するまで収縮をどれくらい続けられるかといった機能です。変異を持つ運動神経は、健康な筋肉との間の正常な情報伝達を妨げました。

家族性と早期発症は異なる分類

今回の研究対象は、遺伝性のまれな病型である家族性アルツハイマー病です。家族性の病型に関わる主な原因遺伝子にはAPP、PSEN1、PSEN2があり、家系内で受け継がれることが特徴です。

家族性という分類は遺伝的な背景に着目したもので、発症年齢による分類とは異なります。日本人の家族性アルツハイマー病を対象とした全国調査では、69家系のうち、家系の平均発症年齢が65歳未満の早期発症型が57家系、65歳以上の晩期発症型が12家系確認されました。

運動機能の評価と治療研究への応用

グオ氏は、運動機能の低下がアルツハイマー病のより早い兆候となる可能性があり、その変化を捉えて早く介入できれば、中枢神経系の症状の発現を遅らせる助けになるかもしれないと述べています。ヒックマン氏は、脳を標的にする薬では、体のほかの部分に生じる問題を改善できない可能性を指摘しています。

研究チームは、ヒト細胞を使って組織同士の相互作用と実際の機能を測る今回の技術を、病気の研究や薬の開発にも活用できると考えています。ヒックマン氏らは、動物実験では現れない影響を捉え、治療候補が細胞単体だけでなく組織間の連携にどう作用するかを調べる手段として、この実験系の利用を見込んでいます。