ペリスタルティック・ポンプと蛍光顕微鏡によりアミロイド発生をリアルタイム観察－過飽和の解消が引き起こす溶質から結晶相への相転移－

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研究成果

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本研究成果のポイント

  • アミロイド生成の現場をリアルタイム観察することに成功し、「せん断ストレス※1」と「狭い流路」という2つの要素が重なった場所でアミロイド線維が発生することを解明
  • 独自の小型ペリスタルティック・ポンプ※2 やマイクロ流路と蛍光顕微鏡を組み合わせることによって、これまで困難だった生体内でのアミロイド形成の初期過程の観測が可能に
  • 生体内でのアミロイド形成のトリガーを明らかにすることで、高齢化に伴って発症するアミロイドーシス※3 発症機構の解明、アミロイドーシス発症リスク評価などの研究への貢献にも期待

概要

大阪大学大学院工学研究科の後藤祐児特任研究員、山口圭一特任准教授（常勤）、荻博次教授、同産業科学研究所の和沢鉄一特任准教授、永井健治教授、本学大学院医歯保健学研究科の山本卓教授らの研究グループは、蛍光顕微鏡で可視化できるペリスタルティック・ポンプのシステムを用い、アミロイド生成の現場をリアルタイム観察することに成功しました。
アルツハイマー病、パーキンソン病、透析アミロイドーシスなどのアミロイドーシスと総称される疾患では、それぞれの原因タンパク質がアミロイド線維を形成することで発症します。同グループでは、既に送液に用いるペリスタルティック・ポンプ（peristaltic pump）が引き起こすせん断ストレスがトリガーとなって、アミロイド線維を作り出すことを報告し、生体内でも類似の機構が働いていることを示唆していましたが、ペリスタルティック・ポンプのどこで、どのようにアミロイド線維が形成するのかについては明らかになっていませんでした。
今回、同グループは内部が蛍光顕微鏡で可視化できるペリスタルティック・ポンプのシステムを用いた研究によって、VLドメインのアミロイド線維は、ペリスタルティック・ポンプが引き起こすせん断ストレスと、狭い流路という2つの要素が重なったときに発生することを明らかにしました。用いたタンパク質は、前回対象としなかったALアミロイドーシスの原因タンパク質である抗体L鎖の可変領域VLドメインです。発生したアミロイド線維は、流路の曲がり角に優先的に沈着し、更には流路を閉塞させていくことが分かりました。これらは、生体内の細い血管などで血栓ができる様子と似ており、アミロイド沈着の初期リスクが、生体内流路の閉塞、それによる虚血や組織の障害にあることを示唆し、アミロイド線維化リスクの評価、新たな予防や治療法の開発にもつながると期待されます。
本研究成果は、FEBS Journalオンライン版に2026年8月25日（欧州時間）に掲載されました。

【用語解説】

※1 せん断ストレス
流体の壁面とそれと直交する位置で流れの速度に差があるとき、流体の内部で生じる単位面積当たりの力をせん断ストレスと呼び、さまざまな効果を引き起こすことが知られている。細い流路を溶液が流れる場合、粘性の効果により流路の中心の流れが速く、壁面は遅い。このため壁面からの位置に依存したせん断ストレスが作用し、流路内のタンパク質凝集体は形状に依存して、回転したり、方向がそれたり、あるいは形状が変形したりする。生体内においても微小血管、リンパ液、間質液などでせん断ストレスが生じている。

※2 ペリスタルティック・ポンプ
ぜん動ポンプとも呼ばれる。シリコンなどの軟質チューブをローラーでしごいて送液するポンプであり、チューブポンプ、ローラーポンプとも呼ばれる。溶液と接する箇所はチューブ内のみのため､汚染されず､無菌的に送液する事もできるため、生化学実験の他、医療現場でよく使われる。ペリスタルティック・ポンプは血液透析にも用いられている。

※3 アミロイドーシス
生体内でタンパク質がアミロイド線維と呼ばれる針状の異常な塊を作った時に引き起こされる病気の総称。アミロイドーシスの代表として、アルツハイマー病、パーキンソン病、ALアミロイドーシス、TTRアミロイドーシスなどが挙げられる。治療法が確立されていない難病が多く、その予防や治療は重要な研究課題となっている。ALアミロイドーシスとTTRアミロイドーシスではアミロイドの沈着が心臓に起きることが多く、その場合は心アミロイドーシスと呼ばれる。研究グループのこれまでの研究から、アミロイド線維の形成は、塩の結晶化や水が氷になるのと類似した反応であり、原因物質の過飽和状態（あるいは過冷却状態）が解消されて起きることがわかってきた。

研究内容の詳細

ペリスタルティック・ポンプと蛍光顕微鏡によりアミロイド発生をリアルタイム観察－過飽和の解消が引き起こす溶質から結晶相への相転移－（PDF：881KB）

論文情報

【掲載誌】FEBS Journal
【論文タイトル】Constrictions and shear stress are key determinants of amyloidogenic light chain (AL) amyloidosis
【著者】Yuji Goto, Keiichi Yamaguchi, Kichitaro Nakajima, Ikuko Yumen, Ruiming He, Hirokazu Matsuda, Tetsuichi Wazawa, Takeharu Nagai, Nobuhiro Tsukada, Suguru Yamamoto, Johannes Buchner, and Hirotsugu Ogi
【doi】10.1111/febs.70691

関連情報

本件に関するお問い合わせ先

広報事務室
E-mail　pr-office@adm.niigata-u.ac.jp

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