脊髄運動ニューロン固有のRNA制御プログラムとALS病態の関連

• Project/Area Number: 19H03543
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 51030:Pathophysiologic neuroscience-related
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 矢野 真人 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (20445414)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小野寺 理 新潟大学, 脳研究所, 教授 (20303167) ; 矢野 佳芳 (早川佳芳) 新潟大学, 医歯学系, 特任助教 (60397320)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥16,250,000 (Direct Cost: ¥12,500,000、Indirect Cost: ¥3,750,000); Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: RNA結合蛋白質 / HITS-CLIP / 運動ニューロン / ALS

Outline of Research at the Start

本研究計画では、我々が発見した運動ニューロン特異的なRNA結合蛋白質Qki5によるRNAプログラムの制御および生理的な意義を解析することにより、Qki5によるRNA制御の破綻と病態との関連を明らかにする。さらに、Qki5の下流制御標的の解析からALS病理との関連性が示唆されているため、ヒトALS病理標本を用いた解析へと発展させ、運動ニューロンの脆弱性の謎に迫り、疾患に至る普遍的な分子機構を解明することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、運動ニューロンに特徴的な発現を示すRNA結合蛋白質を選別し、得られたRNA結合蛋白質を機能解析をする事で、脊髄運動ニューロン固有のRNA制御プログラムを解明し、その生理的機能及びALSなどの運動ニューロン病の病態との関連性を明らかするものである。我々は、これまで約1500種類存在するRNA結合蛋白質の中で、Qki5蛋白質が運動ニューロン特異的な発現を示す唯一のRNA結合蛋白質であることを見出した。次に、蛋白質-RNA相互作用マッピング解析HITS-CLIPとRNAシーケンス技術にマウス遺伝学を組み合わせた解析を実施し、脊髄運動ニューロン固有のRNA制御プログラムを解明し、Qki5の生理的機能及び病態との関連性の解析を行った。発生段階および成体の脊髄における免疫組織学的解析により、Qki5が神経細胞の中で運動ニューロンにおいてのみ発現する特徴的な発現パターンを有する事を明らかにした。ヒトiPS細胞由来神経細胞を用いたシングルセルトランスクリプトーム解析では、免疫組織学的解析で得られた特徴的なパターンと一致し、Qki5の発現は、運動ニューロン特異的分子isl-1遺伝子と同じクラスターに存在していることが明らかとした。Qki5をノックダウンさせた運動ニューロンを用いたトランスクリプトーム解析を実施し運動ニューロン固有の標的下流RNA群の探索を行い、新規のCryptic exonの発見に加え運動ニューロン変性と密接に関わる分子経路の同定に成功した。また、運動ニューロンによるコンディショナルQk遺伝子欠損マウスの解析では、リン酸化cJun陽性の運動ニューロンの蓄積、生後1年のマウスが脊髄後弯症を呈する事を明らかにした。以上、Qki5が運動ニューロン固有の選択的スプライシング制御を担う因子である事および運動ニューロンの生存に必須な因子である事が実証した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Sbp2l contributes to oligodendrocyte maturation through translational control in Tcf7l2 signaling (2023)
  • Author(s): Yugami Masato、Hayakawa-Yano Yoshika、Ogasawara Takahisa、Yokoyama Kazumasa、Furukawa Takako、Hara Hiroe、Hashikami Kentaro、Tsuji Isamu、Takebayashi Hirohide、Araki Shinsuke、Okano Hideyuki、Yano Masato
  • Journal Title: iScience Volume: 26 Issue: 12 Pages: 108451-108451
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.108451
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Attenuated cerebellar phenotypes in Inpp4a truncation mutants with preserved phosphatase activity. (2023)
  • Author(s): Tran DM, Yoshioka N, Bizen N, Mori-Ochiai Y, Yano M, Yanai S, Hasegawa J, Miyashita S, Hoshino M, Sasaki J, Sasaki T, Takebayashi H
  • Journal Title: Dis Model Mech Volume: 16 Issue: 7 Pages: 192-206
  • DOI: 10.1242/dmm.050169
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] DNA damage stress-induced translocation of mutant FUS proteins into cytosolic granules and screening for translocation inhibitors (2022)
  • Author(s): Nogami Masahiro、Sano Osamu、Adachi-Tominari Keiko、Hayakawa-Yano Yoshika、Furukawa Takako、Iwata Hidehisa、Ogi Kazuhiro、Okano Hideyuki、Yano Masato
  • Journal Title: Frontiers in Molecular Neuroscience Volume: 15 Pages: 01-14
  • DOI: 10.3389/fnmol.2022.953365
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Isoform-specific mutation in Dystonin-b gene causes late-onset protein aggregate myopathy and cardiomyopathy (2022)
  • Author(s): Yoshioka Nozomu、Kurose Masayuki、Yano Masato、Tran Dang Minh、Okuda Shujiro、Mori-Ochiai Yukiko、Horie Masao、Nagai Toshihiro、Nishino Ichizo、Shibata Shinsuke、Takebayashi Hirohide
  • Journal Title: eLife Volume: 11 Pages: 78419-78419
  • DOI: 10.7554/elife.78419
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RNA結合蛋白質解析の利と美-柔軟かつ堅牢性の高い脳の組織、細胞機能を包括的に理解する- (2022)
  • Author(s): 矢野真人
  • Journal Title: 神経化学 Volume: 61 Pages: 1-1
  • Open Access
• [Journal Article] Identification of hub molecules of FUS-ALS by Bayesian gene regulatory network analysis of iPSC model: iBRN (2021)
  • Author(s): Nogami Masahiro、Ishikawa Mitsuru、Doi Atsushi、Sano Osamu、Sone Takefumi、Akiyama Tetsuya、Aoki Masashi、Nakanishi Atsushi、Ogi Kazuhiro、Yano Masato、Okano Hideyuki
  • Journal Title: Neurobiology of Disease Volume: 155 Pages: 105364-105364
  • DOI: 10.1016/j.nbd.2021.105364
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Involvement of ferroptosis in human motor neuron cell death (2021)
  • Author(s): Matsuo Tsuyoshi、Adachi-Tominari Keiko、Sano Osamu、Kamei Takayuki、Nogami Masahiro、Ogi Kazuhiro、Okano Hideyuki、Yano Masato
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 566 Pages: 24-29
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.05.095
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DGCR8-dependent efficient pri-miRNA processing of human pri-miR-9-2 (2021)
  • Author(s): Nogami Masahiro、Miyamoto Kazumasa、Hayakawa-Yano Yoshika、Nakanishi Atsushi、Yano Masato、Okano Hideyuki
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 296 Pages: 100409-100409
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.100409
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ヒトiPS細胞技術とAI解析による神経変性疾患の分子病態予測 (2024)
  • Author(s): 矢野真人
  • Organizer: 第23回日本再生医療学会
  • Invited
• [Presentation] RNA binding protein taxonomy in neurodevelopment and disease (2024)
  • Author(s): Masato Yano
  • Organizer: 第 14 回 新潟大学脳研究所共同研究拠点国際シンポジウム 14th BRI_International_Symposium ~ALS/FTD: in-depth understanding and up-to-date~（
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] DNA damage stress-induced translocation of mutant FUS proteins into cytosolic granules and screening for translocation inhibitors (2023)
  • Author(s): Masahiro Nogami, Osamu Sano, Keiko Adachi-Tominari, Yoshika Hayakawa-Yano, Takako Furukawa, Hidehisa Iwata, Kazuhiro Ogi, Hideyuki Okano and Masato Yano
  • Organizer: CSHL-Asia ~The Now and Future of RNA therapeutics~
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 神経変性へ至る分子経路に共通するRNA制御ハブ分子群同定の試み (2023)
  • Author(s): 矢野真人、古川貴子、矢野佳芳、岡野栄之
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
• [Presentation] An RNA-binding protein Quaking safeguards motor neurons through pre-mRNA processing (2023)
  • Author(s): 矢野佳芳、岡野栄之、矢野真人
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] 未来の再生医療および医学/科学技術を担う皆様へ (2023)
  • Author(s): 矢野真人
  • Organizer: 新潟大学オープンキャンパス2023
• [Presentation] RNA結合蛋白質解析の成せる用と美～再生医学との合流点を考える～ (2023)
  • Author(s): 矢野真人
  • Organizer: 令和5年度日本医師会生涯教育講座【新潟会場】
  • Invited
• [Presentation] Deficiency of Quaking results in the dysregulation of RNA metabolism and motor neuron degeneration (2022)
  • Author(s): Masato Yano, Hideyuki Okano, Hirohide Takebayashi, Osamu Onodera, Kenji Sakimura, Takako Furukawa and Yoshika Hayakawa-Yano
  • Organizer: 日本RNA学会
• [Presentation] Deficiency of Quaking results in the dysregulation of RNA metabolism and motor neuron degeneration (2022)
  • Author(s): Yoshika Hayakawa-Yano, Takako Furukawa, Kenji Sakimura, Hirohide Takebayashi, Osamu Onodera, Hideyuki Okano, Masato Yano
  • Organizer: 日本神経科学学会-Neuro2022
• [Presentation] Transcriptome-wide mapping of FUS-interacting RNAs in human iPS cell models of familial amyotrophic lateral sclerosis (2021)
  • Author(s): Masato Yano Masahiro Nogami, Tsuyoshi Matsuo, Takayuki Kamei, Mayumi Nishida Atsushi Nakanishi Kazuhiro Ogi Yoshika Hayakawa-Yano Hideyuki Okano
  • Organizer: ISSCR Tokyo
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An RNA-binding protein Quaking safeguards motor neuron function through pre-mRNA processing (2021)
  • Author(s): Masato Yano and Yoshika Hayakawa-Yano
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] An RNA-binding protein Quaking safeguards motor neuron function through pre-mRNA processing (2021)
  • Author(s): Yoshika Hayakawa-Yano, Takako Furukawa, Akihide Koyama Chihiro Nakamoto, Kenji Sakimura, Osamu Onodeara, Hirohide Takebayashi, Hideyuki Okano and Masato Yano
  • Organizer: 日本神経化学会
• [Presentation] 神経発生・疾患とRNA結合蛋白質 (2020)
  • Author(s): 矢野真人
  • Organizer: 日本生化学会北陸支部 第38回大会（招待講演）
• [Presentation] 運動ニューロンにおける新規Olig2結合因子Obp2欠損マウスの表現型解析 (2020)
  • Author(s): 目黒 雄大、備前 典久、矢野 真人、矢野 佳芳、阿部 学、崎村 健司、竹林 浩秀
  • Organizer: 第63回日本神経化学会大会
• [Book] Medical Science Digest FUS 蛋白質の細胞質顆粒移行の分子機序とその阻害低分子化合物の同定 (2023)
  • Author(s): 矢野 真人・矢野（早川）佳芳
  • Total Pages: 67
  • Publisher: ニュー・サイエンス社
• [Book] カンデル神経科学 第２版 (2022)
  • Author(s): 宮下 保司 (矢野真人、岡野栄之 共訳:2章 遺伝子と行動)
  • Total Pages: 1704
  • Publisher: メディカル・サイエンス・インターナショナル
• [Remarks] RNA結合蛋白質Sbp2Lがオリゴデンドロサイトの成熟に寄与する仕組みを解明
  • URL: https://www.niigata-u.ac.jp/wp-content/uploads/2023/11/231120rs.pdf
• [Remarks] 研究成果
  • URL: https://nondomain.org/archives/1774
• [Remarks] 変異型 FUS 蛋白質が細胞質顆粒へ移行する分子機構と その移行を阻害する低分子化合物を発見
  • URL: https://www.niigata-u.ac.jp/wp-content/uploads/2022/12/20221220rs1.pdf
• [Remarks] 研究成果報告
  • URL: https://nondomain.org/archives/968
• [Remarks] iPS細胞モデルを用いたベイジアンネットワーク解析（iBRN法）によるALSの分子病因の探索
  • URL: https://www.niigata-u.ac.jp/wp-content/uploads/2021/04/210428rs.pdf