Research Abstract


Fasting activates macroautophagy in neurons of Alzheimer’s disease mouse model but is insufficient to degrade amyloid-beta

2015年7月14日 Scientific Reports 5 : 12115 doi: 10.1038/srep12115

我々は、in vivoで脳内のマクロオートファジーを観察する新たな技術を開発し、飢餓がニューロンにおけるマクロオートファジーを誘導するのかどうか、そしてその誘導がアルツハイマー病(AD)モデルマウスと対照群のマウスでどのように異なるのかを調べた。EGFP-LC3を発現するレンチウイルスを脳内に注入し、二光子顕微鏡により観察することで、生きたニューロンにおけるオートファゴソームを可視化することに成功した。微速度撮影画像化解析から、飢餓によって、ニューロンにおけるオートファゴソームの数、サイズ、シグナル強度が増加することが明らかになった。これらのオートファゴソームのパラメーターは、ADモデルマウスでは飢餓前の基準レベルですでに対照群より高く、飢餓開始後はADモデルマウスでは対照群のマウスよりも速やかに増加した。しかし、標識した外因性Aβの代謝を我々の新しい技術を用いて評価したところ、このように活性化されたマクロオートファジーでも、飢餓後に細胞外空間からの取り込みにより細胞内で増加したAβを分解するには、不十分であることが示唆された。通常の免疫組織化学でも、飢餓は内在性Aβの細胞内での蓄積を増加させ、細胞の機能異常を引き起こすが、細胞外のAβ蓄積をほとんど減らさないことがわかった。さらに、我々は予期せぬことに、マクロオートファジーの基礎レベルに概日リズムがあることを発見した。以上の結果は、正常とAD状態のニューロンにおけるオートファジーに関して新たな解釈を示し、また、オートファジーの機能をin vivoで評価する上で、我々の手法が有用であることを明らかにするものである。

Xigui Chen, Kanoh Kondo, Kazumi Motoki, Hidenori Homma & Hitoshi Okazawa

Corresponding Author

岡澤 均
東京医科歯科大学 難治疾患研究所 難治病態研究部門 神経病理学分野

We developed a new technique to observe macroautophagy in the brain in vivo, and examined whether fasting induced macroautophagy in neurons and how the induction was different between Alzheimer’s disease (AD) model and control mice. Lentivirus for EGFP-LC3 injected into the brain successfully visualized autophagosome in living neurons by two-photon microscopy. The time-lapse imaging revealed that fasting increased the number, size and signal intensity of autophagosome in neurons. In AD model mice, these parameters of autophagosome were higher at the basal levels before starvation, and increased more rapidly by fasting than in control mice. However, metabolism of exogenous labeled Aβ evaluated by the new technique suggested that the activated macroautophagy was insufficient to degrade the intracellular Aβ increased by enhanced uptake from extracellular space after fasting. Ordinary immunohistochemistry also revealed that fasting increased intracellular accumulation of endogenous Aβ, triggered cell dysfunction but did not mostly decrease extracellular Aβ accumulation. Moreover, we unexpectedly discovered a circadian rhythm of basal level of macroautophagy. These results revealed new aspects of neuronal autophagy in normal/AD states and indicated usefulness of our method for evaluating autophagy functions in vivo.