Elucidation of the mechanism of repeat-associated non-ATG translation

• Project/Area Number: 19K07823
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 51030:Pathophysiologic neuroscience-related
• Research Institution: Kindai University (2021); Osaka University (2019)
• Principal Investigator: 上山 盛夫 近畿大学, 医学部, 定時職員 (20386593)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: RAN翻訳 / ノンコーディングリピート病 / C9-ALS/FTD / ショウジョウバエ / スクリーニング / 染色体欠失 / リピート関連非ATG翻訳 / SCA31

Outline of Research at the Start

リピート関連非ATG翻訳(RAN翻訳)は開始コドンATGに非依存的な翻訳であり、遺伝子非翻訳領域内の異常伸長したリピート配列が起因するノンコーディングリピート病(リピート病)の研究から発見された。転写された異常伸長リピートRNAからRAN翻訳により産生されるポリペプチドが神経変性を引き起こすことから、RAN翻訳のリピート病発症への関与が示唆されている。しかし、RAN翻訳のメカニズムは未解明である。本研究ではその解明を目的とし、RAN翻訳モデル細胞を用いてスクリーニングを行うことでRAN翻訳関連分子を同定し、リピート病モデルショウジョウバエを用いて、RAN翻訳への関与をin vivoで検証する。

Outline of Annual Research Achievements

リピート関連非ATG翻訳(RAN翻訳)は、開始コドンATGに非依存的な翻訳であり、遺伝子非翻訳領域内の異常伸長したリピート配列が起因するノンコーディングリピート病の研究から発見された。転写された異常伸長リピートRNAからRAN翻訳により産生されるポリペプチドは神経変性を引き起こすことから、ノンコーディングリピート病の発症におけるRAN翻訳の関与が示唆されている。しかし、RAN翻訳のメカニズムは未解明である。したがって、本研究ではRAN翻訳メカニズムの解明を目的とした。
ノンコーディングリピート病でRAN翻訳が確認されているC9orf72遺伝子関連筋萎縮性側索硬化症/前頭側頭型認知症(C9-ALS/FTD)のショウジョウバエモデルを用いて、RAN翻訳関連因子の同定のための遺伝学的スクリーニングを行った。C9-ALS/FTDモデルショウジョウバエはRAN翻訳産物により高い致死率(25℃飼育条件下で100%)を示す。この致死率を指標に、第一染色体以外の90%以上のゲノムを網羅する161染色体欠失系統を利用して、致死率が改善する染色体欠失系統をスクリーニングした。これらの染色体領域に存在する遺伝子は致死率改善に寄与する、つまりRAN翻訳関連因子であることが予測される。
昨年度までにRAN翻訳関連因子を含む14染色体領域を絞り込み、さらに染色体領域を細分化した微小染色体欠失系統、欠失した微小染色体領域に含まれる遺伝子の突然変異体系統を用いて遺伝子同定を試みていた。今年度は残っていた候補突然変異体系統のスクリーニングを行ったが、致死率改善に寄与する遺伝子の同定には至らなかった。微小染色体欠失系統までは致死率の改善が見られる系統があり、一部の候補突然変異体系統が存在しないためにスクリーニングを行えなかったことから、その突然変異体の遺伝子が改善効果を示す可能性がある。

Research Products

• [Journal Article] Arylsulfatase A, a genetic modifier of Parkinson's disease, is an α-synuclein chaperone. (2019)
  • Author(s): J. S. Lee, K. Kanai, M. Suzuki, W. S. Kim, H. S. Yoo, Y. Fu, D-K. Kim, B. C. Jung, M. Choi, K. W. Oh, Y. Li, M. Nakatani, T. Nakazato, S. Sekimoto, M. Furuyama, H. Yoshino, S. Kubo, K. Nishioka, R. Sakai, M. Ueyama, H. Mochizuki, H-J. Lee, S. P. Sardi, G. M. Halliday, Y. Nagai, P. H. Lee, N. Hattori, S-J. Lee
  • Journal Title: Brain Volume: 142 Issue: 9 Pages: 2845-59
  • DOI: 10.1093/brain/awz205
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] E46K mutantα-synuclein is more degradation resistant and exhibits greater toxic effects than wild-typeα-synuclein in Drosophila models of Parkinson's disease. (2019)
  • Author(s): R. Sakai, M. Suzuki, M. Ueyama, T. Takeuchi, E. N. Minakawa, H. Hayakawa, K. Baba, H. Mochizuki, Y. Nagai
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 14 Issue: 6 Pages: e0218261-e0218261
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0218261
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 神経変性疾患にかかわるリピート関連非ATG依存性翻訳と低複雑性ドメイン (2019)
  • Author(s): 上山盛夫、永井義隆
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 37 Pages: 3070-6
• [Presentation] Regulation of RAN translation by a repeat binding protein that modulates the structure of G4C2 repeat RNA in C9-ALS/FTD (2021)
  • Author(s): M. Ueyama, T. Ishiguro, D. Ozawa, T. Sugiki, A. Ishiguro, E. Tokuda, T. Konno, A. Koyama, T. Takeuchi, Y. Furukawa, T. Fujiwara, K. Wada, O. Onodera, Y. Nagai
  • Organizer: PACTALS2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ショウジョウバエモデルによるC9orf72関連ALS/FTDの病態解明 (2021)
  • Author(s): 上山盛夫、石黒太郎、小澤大作、杉木俊彦、石黒亮、徳田栄一、今野卓哉、小山哲秀、武内敏秀、古川良明、藤原敏道、和田圭司、小野寺理、永井義隆
  • Organizer: 第15回日本臨床ストレス応答学会
• [Presentation] ショウジョウバエモデルによるC9orf72関連ALS/FTDの病態解明 (2021)
  • Author(s): 上山盛夫
  • Organizer: 第40回日本認知症学会
  • Invited
• [Presentation] Pathological roles of expanded repeat RNA and dipeptide repeat proteins in C9-ALS/FTD model fly (2019)
  • Author(s): M. Ueyama, T. Ishiguro, T. Konno, A. Koyama, K. Ishikawa, K. Wada, O. Onodera, Y. Nagai,
  • Organizer: NEURO2019・第42回日本神経科学大会・第62回神経化学会大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] C9-ALS/FTDモデルショウジョウバエにおけるリピート関連非ATG翻訳の制御 (2019)
  • Author(s): 上山盛夫, 石黒太郎, T. F. Gendron, 今野卓哉, 小山哲秀, 和田圭司, 石川欣也, 小野寺理, L. Petrucelli, 永井義隆
  • Organizer: 第38回日本認知症学会学術集会
• [Remarks] 大阪大学医学系研究科神経難病認知症探索治療学寄附講座のホームページ
  • URL: http://www2.med.osaka-u.ac.jp/neurother/index.html