Ca2+流入異常を介した核-細胞質システム破綻による細胞死メカニズムの解析

• Project/Area Number: 16K09666
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Neurology
• Research Institution: Tokyo Medical University (2018-2019); The University of Tokyo (2016-2017)
• Principal Investigator: 山下 雄也 東京医科大学, 医学部, 客員研究員 (20431843)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: ADAR2 / AMPA受容体 / RNA編集 / カルパイン / 筋萎縮性側索硬化症 / 神経細胞死 / NPC / 核‐細胞質輸送 / 核膜孔複合体 / 核-細胞質輸送 / 核膜孔複合体（NPC） / 核ー細胞死輸送 / ALS / 細胞死

Outline of Annual Research Achievements

我々は、AMPA受容体を介したカルシウムイオン透過性の亢進が孤発性筋萎縮性側索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis: ALS）の病態に繋がること、その過程でカルシウムイオン依存性プロテアーゼであるカルパインの活性化やTAR DNA-binding protein (TDP-43)の病理形成に関与することを孤発性ALSの分子病態モデルマウスである、RNA編集酵素adenosine deaminase acting on RNA 2 (ADAR2)のコンディショナルノックアウト（AR2）マウスの解析から明らかにした。
孤発性ALSの分子病態モデルであるAR2マウスでは、AMPA受容体を介したカルシウムイオン透過性の亢進で、運動ニューロンに変性・脱落が起き、その過程でローターロッドやグリップ力（行動解析）を指標とした運動機能が低下する。AR2マウスの行動解析が低下する以前に、脊髄運動ニューロンの核に核内空胞を見出し、この核の機能異常が核膜孔複合体（Nuclear pore complex: NPC）と核-細胞質輸送システムの破綻をきたし、細胞死に繋がるカスケードの一部であることを見出した。さらにAR2マウスの脊髄運動ニューロン死の指標としてコリンアセチルトランスフェラーゼ（ChAT）抗体陽性の運動ニューロン数と細胞体のサイズが相関することを見出した。また、細胞死カスケードの過程において、NPCの構成分子であるヌクレオポリンの一つNUP62がTDP-43を含む凝集体と共在することをAR2とAR2ヘテロマウスの脊髄前角領域で見出した。

Research Products

• [Journal Article] Extracellular RNAs as Biomarkers of Sporadic Amyotrophic Lateral Sclerosis and Other Neurodegenerative Diseases. (2019)
  • Author(s): Hosaka T, Yamashita T, Tamaoka A, Kwak S.
  • Journal Title: Int J Mol Sci. Volume: 20 Issue: 13 Pages: 3148-3148
  • DOI: 10.3390/ijms20133148
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Impaired Nucleoporins Are Present in Sporadic Amyotrophic Lateral Sclerosis Motor Neurons that Exhibit Mislocalization of the 43-kDa TAR DNA-Binding Protein. (2019)
  • Author(s): Aizawa H, Yamashita T, Kato H, Kimura T, Kwak S
  • Journal Title: J Clin Neurol. Volume: 15（1） Issue: 1 Pages: 62-67
  • DOI: 10.3988/jcn.2019.15.1.62
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ADAR2-dependent A-to-I RNA editing in the extracellular linear and circular RNAs. (2018)
  • Author(s): Hosaka T, Yamashita T, Teramoto S, Hirose N, Tamaoka A, Kwak S
  • Journal Title: Neurosci Res. Volume: 印刷中 Pages: 48-57
  • DOI: 10.1016/j.neures.2018.11.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell death cascade and molecular therapy in ADAR2-deficient motor neurons of ALS. (2018)
  • Author(s): Yamashita T, Kwak S
  • Journal Title: Neurosci Res. Volume: 印刷中 Pages: 4-13
  • DOI: 10.1016/j.neures.2018.06.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 孤発性ALSの病態と治療－AMPA受容体阻害薬による筋萎縮性側索硬化症治療の可能性 (2017)
  • Author(s): 赤松恵, 山下雄也, 郭 伸
  • Journal Title: 神経治療学 Volume: 34-2 Pages: 86-94
  • Open Access
• [Journal Article] Altered intracellular milieu of ADAR2-deficient motor neurons in amyotrophic lateral sclerosis (2017)
  • Author(s): Yamashita T, Akamatsu M, Kwak S
  • Journal Title: Genes Volume: 8(2)-60 Issue: 2 Pages: 60-60
  • DOI: 10.3390/genes8020060
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Calpain-dependent disruption of nucleo-cytoplasmic transport in ALS motor neurons. (2017)
  • Author(s): Yamashita T, Aizawa H, Teramoto S, Akamatsu M, Kwak S
  • Journal Title: Sci Reports Volume: 7-39994 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/srep39994
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Abnormal RNA editing and treatment strategy in neurological diseases; towards cure for ALS (2016)
  • Author(s): 山下雄也, 郭 伸
  • Journal Title: 生化学 Volume: 88 Issue: 5 Pages: 600-608
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2016.880600
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2016-10-25
• [Journal Article] 特集 認知症･神経変性疾患の克服への挑戦 Ⅲ.新たな技術開発によるチャレンジ ALSの遺伝子治療─分子病態解明から治療へ (2016)
  • Author(s): 山下雄也, 郭 伸
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 67 Issue: 4 Pages: 323-328
  • DOI: 10.11477/mf.2425200462
  • ISSN: 0370-9531, 1883-5503
  • Year and Date: 2016-08-15
• [Journal Article] The AMPA receptor antagonist perampanel robustly rescues amyotrophic lateral sclerosis (ALS) pathology in sporadic ALS model mice. (2016)
  • Author(s): Akamatsu M, Yamashita T, Hirose N, Teramoto S, Kwak S:
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 7-28649 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/srep28649
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anti-TIF1-γ antibody and cancer-associated myositis (2016)
  • Author(s): Hida A, Yamashita T, Kwak.S, et al
  • Journal Title: Neurology Volume: 87 Issue: 3 Pages: 299
  • DOI: 10.1212/wnl.0000000000002863
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deficient RNA-editing enzyme ADAR2 in an amyotrophic lateral sclerosis patient with a FUSP525L mutation (2016)
  • Author(s): Aizawa H, Hideyama T, Yamashita T, Kimura T, Suzuki N, Aoki M, Kwak S
  • Journal Title: J Clin Neurosci Volume: 32 Pages: 128-129
  • DOI: 10.1016/j.jocn.2015.12.039
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphorylated TDP-43 becomes resistant to cleavage by calpain: a regulatory role for phosphorylation in TDP-43 pathology of ALS/FTLD. (2016)
  • Author(s): Yamashita T, Teramoto S, Kwak S
  • Journal Title: Neurosci Res Volume: 未定 Pages: 63-69
  • DOI: 10.1016/j.neures.2015.12.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 筋萎縮性側索硬化症－孤発性ALSモデルマウスを用いたALSの遺伝子治療法開発 (2016)
  • Author(s): 山下雄也, 郭 伸
  • Journal Title: 遺伝子医学 MOOK Volume: 30 Pages: 257-263
• [Presentation] ALSにおいて発現が低下するADAR2遺伝子の発現をヒト脊髄運動神経にて制御しうる転写因子の探索 (2019)
  • Author(s): 廣瀬 直毅,寺本さやか,山下雄也,郭 伸
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会
• [Presentation] AMPA受容体サブユニット特異的RNAアプタマーによるALSモデルマウス（AR2）におけるALS病態の改善効果. (2019)
  • Author(s): 赤松 恵, 山下雄也, 寺本さやか, Huang Zhen, 戸田達史, Niu Li,郭 伸
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会
• [Presentation] Development of ALS therapy using AMPA receptor RNA aptamers. (2018)
  • Author(s): Akamatsu M, Yamashita T, Teramoto S, Huang, Z, Niu L, Kwak S
  • Organizer: 4th EAN Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] RNA aptamer as a potential drug candidate for ALS - rescue of clinicopathologic ALS phenotype in model mice. (2018)
  • Author(s): Akamatsu M, Yamashita T, Teramoto S, Huang, Z, Niu L, Kwak S
  • Organizer: Neurobiology of Disease
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ADAR2-dependent A-to-I RNA editing in the extracellular linear and circular RNAs. (2018)
  • Author(s): Hosaka T, Yamashita T, Teramoto S, Hirose N, Tamaoka A, Kwak S
  • Organizer: Neurobiology of Disease
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ADAR2-mediated RNA editing of extracellular liner and circular RNAs: a potential biomarker of amyotrophic lateral sclerosis. (2018)
  • Author(s): Hosaka T, Yamashita T, Teramoto S, Hirose N, Tamaoka A, Kwak S
  • Organizer: The 49th Annual Meeting Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Target therapy for ALS with RNA aptamers - rescue of ALS phenotype resulting from loss of motor neurons with TDP-43 pathology in ALS model mice. (2018)
  • Author(s): Akamatsu M, Yamashita T, Teramoto S, Huang, Z, Niu L, Kwak S
  • Organizer: The 49th Annual Meeting Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ADAR2-mediated A-to-I sites in extracellular RNAs as a biomarker of amyotrophic lateral sclerosis (2018)
  • Author(s): 保坂孝史， 山下雄也， 寺本さやか， 廣瀬直樹， 玉岡晃， 郭伸
  • Organizer: The 59th Annual Meeting of the Japanese Society of Neurology
• [Presentation] ALSにおいて発現が低下するADAR2遺伝子の発現制御メカニズムのヒト運動ニューロン特異性, (2018)
  • Author(s): 廣瀬直毅，寺本さやか，山下雄也，郭伸
  • Organizer: 第41回日本神経科学学会
• [Presentation] SEARCH FOR ALS-ASSOCIATED EXTRACELLULAR RNA AS A BIOMARKER (2017)
  • Author(s): 1.Takashi Hosaka, Takenari Yamashita, Naoki Hirose, Sayaka Teramoto, Akira Tamaoka, Shin Kwak
  • Organizer: WCN2017: XXIII World Congress of Neurology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ROBUST BENEFICIAL EFFECTS OF A NON-COMPETITIVE AMPA RECEPTOR ANTAGONIST IN AN ALS MOUSE MODEL. (2016)
  • Author(s): Megumi Akamatsu, Takenari Yamashita, Sayaka Teramoto, Shin Kwak
  • Organizer: The 27th International Symposium on ALS/MND .
  • Place of Presentation: Convention Centre Dublin （Dublin Ireland）
  • Year and Date: 2016-12-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A selective non-competitive AMPA receptor antagonist as a potential drug for sporadic amyotrophic lateral sclerosis (ALS) -rescue of motor dysfunctions and loss of motor neurons with TDP-43 pathology in ALS model mice. (2016)
  • Author(s): Megumi Akamatsu, Takenari Yamashita, Takashi Hosaka, Naoki Hirose, Sayaka Teramoto, Shin Kwak
  • Organizer: Society for Neuroscience 2016.
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center（San Diego USA）
  • Year and Date: 2016-11-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Death of motor neurons caused by failure of GluA2 RNA editing was robustly rescued by a selective AMPA receptor antagonist in the mechanistic ALS model mice: a potential drug for sporadic amyotrophic lateral scleroses(ALS). (2016)
  • Author(s): Megumi Akamatsu, Takenari Yamashita, Takashi Hosaka, Naoki Hirose, Sayaka Teramoto, Shin Kwak
  • Organizer: 【4th RNA Metabolism in Neurological Disease】11th Brain Research Conference.
  • Place of Presentation: Paradise Point（San Diego USA）
  • Year and Date: 2016-11-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 孤発性筋萎縮性側索硬化症の病因に基づいた特異治療法の確立. (2016)
  • Author(s): 山下雄也, 赤松恵、寺本さやか、村松慎一, 相澤仁志, 郭伸
  • Organizer: 2015年度IBCグラント研究奨励金報告会
  • Place of Presentation: 中央大学駿河台記念館610教室(東京都文京区)
  • Year and Date: 2016-11-06
  • Invited
• [Presentation] 筋萎縮性側索硬化症の分子標的治療. (2016)
  • Author(s): 郭 伸, 山下 雄也, 赤松 恵, 寺本 さやか
  • Organizer: 第34回日本神経治療学会】特別プログラム「シンポジウム3」
  • Place of Presentation: 米子コンベンションセンター（鳥取県米子市）
  • Year and Date: 2016-11-03
  • Invited
• [Remarks] 東京医科大学 郭研究室のホームページ
  • URL: http://square.umin.ac.jp/teamkwak/
• [Remarks]
  • URL: http://square.umin.ac.jp/teamkwak/
• [Remarks] 東京大学大学院医学系研究科 郭 研究室
  • URL: http://square.umin.ac.jp/teamkwak/
• [Remarks] 筋萎縮性側索硬化症（ALS）の細胞死を引き起こすメカニズムを更に解明
  • URL: http://www.m.u-tokyo.ac.jp/news/admin/release_20170103.pdf
• [Remarks] 経口AMPA受容体拮抗剤による筋萎縮性側索硬化症（ALS）の治療法確立
  • URL: http://www.m.u-tokyo.ac.jp/news/admin/release_20160628.pdf