イメージング質量分析法を用いた新しい創薬戦略
同志社大学生命医科学研究科医生命システム専攻
池川 雅哉

Genomics, Proteomics and Biomedical Functions
Department of Life and Medical Systems
Graduate School of Life and Medical Sciences
Doshisha University, Kyoto, Japan

2020.11.25.

イメージング質量分析法を用いた
新しい創薬戦略「新しい」創薬戦略とはイメージング質量分析法について
プロテオフォームの創薬戦略
診療最前線との共同研究体制

Image guided Therapy (IGT)：術中質量分析法

ブリガム・アンド・ウィメンズ病院
Advanced Multimodality Image Guided Operating Suite （AMIGO）システム

プロテオミクスの病理学への応用2017年１０月２５日

京都新聞

MALDI-Imaging Mass Spectrometry

2500

MALDI-IMS

5000

7500

10000

12500

615000

17500

20000

Research use only

MALDI-Imaging Mass Spectrometry

200 µm pixels

2500

MALDI-IMS

5000

7500

10000 m/z 12500

715000

17500

20000

Research use onlyプロテオミクス+バイオインフォマティクスを用いた自己免疫性神経疾患の鑑別法の開発

Mean clinical score of EAE

5EAE

0Clinical score

4control

32
100

5

101520Days after immunization

2

4

Score

Clinical Symptom

0Normal1

Limp tail2

Limp tail and weakness of hind legs

3

Limp tail and complete paralysis of hind legs.

4

Limp tail, complete hind leg and partial front leg paralysis

5

Mouse is euthanized due to severe paralysis

Miller et al, Curr Protoc Immunol CHAPTER:Unit-15.1 （2007）

Cerebellum

Whole Brain
Controlac

Hippocampus

bcefhiklbdf

pEAEegh

aEAE

ij

cEAElk

2.5 mm

100 μm500 μm

cEAE
aEAE

pEAE

m/z １2,971, 18,400
Control
Whole Brain
Hippocampus

Targeting S100A protein as a Therapeutic Strategy for MS
Administration

S100A inhibitor Tasquinimod（TasQ）
5 mg/kg, once in 2 days, Oral administration

Non-administration

Preventivetreatment
Day0
EAE induction

Day 12
Dissection

Day 21Dissection

Treatment
Day：012After peptide immunization
Yoshioka et al, Blood advances 1（3）:184-192 （2016）
Isaacs et al, The Prostate 66:1768-1778 （2006）
Isaacs et al, Oncotarget 5（18）:8093-8106 （2016）21

Targeting S100A as a therapeutic strategy for MS

Day 21 Day 12Day 9

Compound (-)
a1

Controla2

EAE

Compound (+)
a3

Control

a4

b1b2

b3b4

c1c2

c3

c4

EAE

Targeting S100A protein as a Therapeutic Strategy for MS

S100A

In this phase 3 study, oral laquinimod administeredonce daily slowed the progression of disability andreduced the rate of relapse in patients withrelapsing–remitting multiple sclerosis.
Supported by Teva Pharmaceutical Industries.
nengl j med 366;11nejm.orgmarch 15, 2012

日本人の平均余命とアルツハイマー病発症への時間軸
平均余命~1950

2015

2060

認知症

Normal〜70

MCIAD

70〜80

80〜

Plaque (Ab) 50〜

Alzheimer’s Disease（AD)

pathology

Senile Plaque

Neurofilament tangle

Pioneer work of amyloid imaging using MALDI-MS

Acc

Drift++ ++++Laser Desorption/Ionization

Time-of-Flight

Modified from M.Stoeckli et al. Analytical BioChemistry 311 (2002)33-39

Imaging Ab peptides with MALDI-IMS(a) Optical image of the sagittal AＰＰ２３ brain section; (b) Ab-(1–42) molecular image (m/z 4515.1); (c) Ab-(1–40) molecular image (m/z4330.9); (d) Ab-(1–39) molecular image (m/z 4231.7); (e) Ab-(1–38) molecular image (m/z 4132.6); (f) Ab-(1–37) molecular image (m/z 4075.5).

T.C. Rohner et al. Mechanisms of Ageing and Development 126 (2005) 177–185

Imaging Ab1-40 peptides of the brainsfrom APP23 mice

Ikegawa et al., 2016

老化・認知症克服のためのブレインバンクの構築に関する研究（２０１２）

村山繁雄

Aβ species in human AD/CAA brains
1-36

1-40

1-37

1-41

1-38

1-42

1-391-43Kakuda and Miyasaka et al., Acta Neuropathologica Comm. 2017

Aβ 1-40 and 1-42 in human AD/CAA brainsCBBA27

anti-Ab42merge

Kakuda and Miyasaka et al., Acta Neuropathologica Comm. 2017

Imaging Mass Spectrometry (IMS)
Applications for dissecting Alzheimer’s Disease (AD) pathology
abccba
1-36

1-37

1-38

1-39

1-40

3pE-401-41

1-42

3pE-42abc

Ikegawa M, Nirasawa T, Kakuda N, et al., J. Vis. Exp. 145, e57645 (2019)

Cerebral amyloid angiopathy
Aβ deposited in cerebral parenchyma and in leptomeningeal and cerebral vessel walls

Visualization of Amyloid beta Deposits in Human Brain
ADBCE

F

Ikegawa M, Nirasawa T, Kakuda N, et al., J. Vis. Exp. 145, e57645 (2019)g-Secretase: successive tripeptide and tetrapeptide releasefrom the transmembrane domain of b-Carboxyl terminal
fragment

3639

4141

Matsumura et al., JBC VOL. 289, NO. 8, pp. 5109–5121 (2014)

拡張型心筋症（Dilated Cardiomyopathy; DCM）
• 左室拡大と心室の収縮機能障害を主体とする進行性の予後不良の疾患群.
• 遺伝的要因, ウイルス感染, 自己免疫異常などの関与が推測されているが,詳細な成因は明らかになっていない.
• 診断にはDCMによって発症する心不全のバイオマーカーや心筋生検が用いられている.

正常心臓拡張型心筋症

秋田県立脳血管研究センターHPより引用

拡張型心筋症マクロ像
日本病理学会 病理コア画像より引用

拡張型心筋症動物モデル J2N-k hamster（J2N-k）（Japan SLC）
• δ – Sarcoglycan遺伝子欠損(常染色体劣性遺伝・自然発生).

• 20週齢前後でヒトDCMに類似した病態を示す.
• 死因の約90%が心不全.
• 健常対照群として遺伝的背景の類似したJ2N-n hamster（J2N-n）が存在す
る.

Dystrophin関連糖タンパク質

J2N-k hamster

筋細胞のタンパク質複合体ネットワーク
J.A. Towbin et al. Nature (2002)

Animal model of DCM on J2N-k hamster
Giant Cells are positive for CD68

50 μm
A, photomicrograph shows multinucleated giant cells in the heart at the age of 9 weeksof J2N-k hamster (Hematoxylin – Eosin staining; bar = 50μm). B, photomicrograph showsthat multinucleated giant cells are CD68 positive (immunohistochemical staining; bar =50μm).

Ishida and Tsuji, 2018

MALDI-IMSとショットガンプロテオミクスの統合
連続切片

IMS

LC-TIMS-MS/MS

MALDI-TOF-MS

rapifleX(Bruker Daltonik GmbH)tims TOF Pro(Bruker Daltonik GmbH)
ImageID(Bruker Daltonik GmbH)

タンパク質・ペプチドのリストとその位置情報の取得

Segmentation model of DCM
on J2N-k hamster

Shintani and Tsuji, 2019

J2N-k心臓組織における酵素消化処理を含むIMS測定の結果

Abar; 500 μmBC

Amyloidosis
Amyloid precursor protein

amyloid

31 precursor proteins in humans
Systemic

localized

 immunoglobulin light chain(AL) Brain amyloidosis□ κ type□ λ type serum amyloid A (SAA).
１

 Skin amyloidosis
 Focal nodular hyperplasia……..
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/

アミロイド共存タンパク質のシングルピーク画像■DFS染色陽性部■正常腎

血清アミロイドP成分

アポリポタンパク質 E

m/z 887.46

m/z 968.55

カテプシンFAL-k型

正常腎

intensity
0%100%

m/z 1422.67

測定範囲: m/z 800-3000
空間分解能: 50 μm，Bar; 200 μm

１糸球体レベルのタンパク質可視化
シングルピーク画像
AL-k型

AL-λ型

AA型

正常腎400 μm
AL-λ型

200 μm

DFS染色陽性部

食品の消化・分解・吸収機構の可視化

Whole body imaging
Bile acid distribution

P1 mouse, milk

胆汁酸分布の可視化

Whole body imaging
Bile acid distribution

イメージング質量分析法で橋渡す基礎研究と臨床のグローバル展開
国立循環器病研究センター

同志社大学

国立循環器病研究センターHP

京都大学医学部附属病院

京都大学医学部附属病院HP

http://www.ncvc.go.jp/

より引用

Hôpital européen Georges-Pompidou

http://www.ncvc.go.jp/

より引用

Hôpital européen Georges-Pompidou Facebookより引Collaborators
Doshisha University
Yuki Kuzuhara, Megumi Terada, Mizuki Ishida, Yume Mukasa, Inori Shintani, Nobuto Kakuda,Tomohiro Miyasaka, Yasuo Ihara

Dept Cardiovascular Surgery, Kyoto University
Takashi Tsuji, Hidetoshi Masumoto, Kenji Minatoya
The Brain Bank for Aging Research, Tokyo Metropolitan Geriatric Hospital
Shigeo Murayama
Dept. Pathology, Bio Bank Center, National Cerebral and Cardiovascular Research Center
Hatsue-Ishibashi Ueda

Necker-Enfants malads Hospital, Paris, FranceMarion Rabant, Jean-Paul Duong Van Huyen
Georges-Pompidou European Hospital, Anatomy-Pathology, Paris, FrancePatrick Bruneval
Bruker Japan K. K.
Ryo Kajita, Noriyuki Iwasaki, Takashi Nirasawa