| Project Area | Biology of Non-domain Biopolymer |
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| Project/Area Number |
21H05278
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
泊 幸秀 東京大学, 定量生命科学研究所, 教授 (90447368)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森本 悟 慶應義塾大学, 殿町先端研究教育連携スクエア, 特任准教授 (00816952)
築地 仁美 武蔵野大学, 薬学部, 教授 (40455358)
岡野 栄之 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (60160694)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥146,120,000 (Direct Cost: ¥112,400,000、Indirect Cost: ¥33,720,000)
Fiscal Year 2025: ¥26,780,000 (Direct Cost: ¥20,600,000、Indirect Cost: ¥6,180,000)
Fiscal Year 2024: ¥26,390,000 (Direct Cost: ¥20,300,000、Indirect Cost: ¥6,090,000)
Fiscal Year 2023: ¥26,520,000 (Direct Cost: ¥20,400,000、Indirect Cost: ¥6,120,000)
Fiscal Year 2022: ¥26,520,000 (Direct Cost: ¥20,400,000、Indirect Cost: ¥6,120,000)
Fiscal Year 2021: ¥39,910,000 (Direct Cost: ¥30,700,000、Indirect Cost: ¥9,210,000)
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| Keywords | Heroタンパク質 / 天然変性タンパク質 / 神経変性疾患 / 非ドメイン型バイオポリマー / ALS |
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| Outline of Research at the Start |
ほぼ全長に渡って構造をとらないと予測されるHeroタンパク質は、筋萎縮性側索硬化症 (ALS) の原因となるTDP-43などの「クライアント」タンパク質を様々なストレスから保護し、その変性や凝集体形成を強く阻害する活性を持つことが示されているが、その動作機構には大きな謎が残されている。そこで本計画研究では、Heroタンパク質によるクライアント保護機構の基本原理を解明すると共に、ヒト疾患iPS細胞ライブラリーを活用し、ヒト病態類似環境におけるHeroタンパク質の凝集体抑制効果を検証することで、新規の神経変性疾患治療法開発を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
野生型TDP-43および家族性ALS患者に見られる病原性点変異を持つTDP-43変異体の一分子FRET観察については、Hero11と古典的な分子シャペロンであるHsp40が、TDP-43を伸びた構造に同様に変化させることを示し、論文として報告した。また、CRISPRライブラリを用いたスクリーニングによって見出された新規超天然変性タンパク質の機能解析を進め、適切なスプライシングに関与していることを突き止めた。Heroタンパク質の神経変性疾患への適用に向けて、神経細胞におけるHeroタンパク質群の影響を精緻に評価できる疾患モデルを構築するため、Hero遺伝子のKD実験およびこれまでに構築したΔNLS-TARDBP-LMNモデルならびに細胞画像評価システムを用いて、筋萎縮性側索硬化症（ALS）運動ニューロンにおける Heroタンパク質の影響を確認した。また、TARDBP変異の他、ALSの原因として重要なRNA結合タンパク質であるFUS変異iPS細胞（H517D, P525L変異）および変異マウスも作製し、運動ニューロンやマウスモデルでの病態検証も完了した。さらに、Heroタンパク質強制発現によるALSモデルマウスの病態改善効果について検証した。Hero11-HAをLocusCもしくはRosa26遺伝子座に導入したマウスと、Hero9-HAをRosa26遺伝子座に導入したマウスを、疾患変異Q331Kを持つTDP-43を発現させたALSモデルマウス（Q331Kマウス）と掛け合わせることにより、Q331KマウスにHeroが強制的に発現されるマウスを作成した。これらマウスの運動機能をロタロッドで評価した。その結果、Hero9-HA発現によりQ331Kマウスの運動機能の改善傾向が認められた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
一分子FRET法を用いたTDP-43の構造変化解析において、Hero11およびHsp40による構造制御メカニズムを明らかにし、論文化に至ったことは重要な成果である。また、CRISPRライブラリを用いたスクリーニングにより、新規超天然変性タンパク質を同定し、そのスプライシングにおける機能を明らかにすることにも成功した。さらに、Heroタンパク質の神経細胞機能に対する影響を評価するための疾患モデルの構築においても、ΔNLS-TARDBP-LMNモデルおよびFUS変異モデルを用いた解析を完了している。また、Heroタンパク質を強制発現させたALSモデルマウスを作製し、運動機能評価まで実施できており、その改善傾向も確認された。これらの成果は、当初想定していた計画が着実に進行していることを示しており、研究計画はおおむね順調に進んでいると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
CRISPRライブラリを用いたスクリーニングによって見出された新規超天然変性タンパク質については、スプライシングとの関係に着目し、さらに解析を進める。また、Heroタンパク質のロバスト性の高い抗神経変性作用を明らかにするために、FUS変異ならびに複数のALS関連ヒト運動ニューロンを用いて、Heroタンパク質の効果を検証し、さらにそのヒトにおけるメカニズム（MOA）について、分子生物学的な検討を深める。また、ALSの治療剤としてのHeroタンパク質についても、ヒトを含めた個体への導入方法を検討する。さらに、Hero9-HAをアデノ随伴ウイルスを用いた静脈内投与によりマウス神経細胞に発現させ、ALSモデルマウスの運動機能改善があるかを検証する。またTDP-43凝集体の形成が抑制できるかを検証する。ALSモデルマウスとしては、細胞質に核移行シグナルを欠いたTDP-43を神経細胞に薬剤依存的に発現させることのできるマウスを用いる。このマウスではTDP-43が神経細胞の細胞質で凝集し毒性を示すことがわかっており、Heroの凝集体形成阻害効果をより直接的に検証できる。
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