FUS遺伝子変異を伴う筋萎縮性側索硬化症の軸索形態に注目した病態解明

• Project/Area Number: 19K17025
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 秋山 徹也 東北大学, 医学系研究科, 大学院非常勤講師 (30823405)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 筋萎縮性側索硬化症 / iPS細胞 / ストレス顆粒 / 軸索 / 筋萎縮性側索硬化症（ALS） / fused in sarcoma（FUS） / 人工多能性幹細胞（iPS細胞） / 軸索形態

Outline of Research at the Start

筋萎縮性側索硬化症（ALS）は運動ニューロン障害により発症から3年程度で死に至る難病であり、未だ根本的治療法はない。RNA代謝異常はALSの病態解明の鍵とされ、RNA結合蛋白であるFUSに変異を有するALSは近年注目を浴びている。FUS変異ALS患者より樹立した人工多能性幹細胞（iPS細胞）由来運動ニューロンでは軸索形態に異常が生じ、遺伝子Xの抑制によりこの異常は改善する。本研究ではiPS細胞やモデル動物を用いて、軸索形態異常がALSの引き金となるか否かを検証すると共に、新規治療標候補を見出すことを目標とする。

Outline of Annual Research Achievements

ALSは運動ニューロンが選択的に障害される、根本的な治療が無い難病である。ALSにおいて、約10%が家族性であることが知られ、FUSは代表的な原因遺伝子である。FUSはRNA結合蛋白質だ俐、患者病理において細胞質で異常凝集体を生じることが知られており、RNA代謝異常は、軸索障害とともに家族性・孤発性ALSに共通して見られる病態機序である。
本分担研究課題では独自開発したマイクロ流体デバイスを用いiPS細胞由来運動神経ニューロン軸索を大量に回収・網羅的解析し、FUS変異細胞における軸索でのRNA代謝異常に注目した。
RNA-seq解析により、変異FUSにより発現が増加していた遺伝子Fos-Bに関して機能解析を行い運動ニューロンにおいて軸索分岐を増やす異常を生じる役割を明らかにした。軸索形態異常に伴う軸索輸送能の障害仮説や神経の異常興奮仮説を追求するためにマイトトラッカー・カルシウムイメージングを用いた解析を進めたが、いずれもFUS変異の有無で大きな変化を認めず、実験条件の検討を必要としている。
同様に、FUS変異に伴うFUSの局在変化に注目した解析を進めており、プロテアソーム系阻害薬によるストレス顆粒形成促進という新規の表現型を同定し、報告を準備しているところである。FUSの局在変化・ストレス顆粒との関連性については注目が集まっており、軸索局所でのストレス顆粒などへ注目することで、神経変性病態の引き金となり得る分子を同定し、iPS細胞由来運動ニューロンでの治療標的薬としての可能性を追求する予定である。

Research Products

• [Presentation] Elucidating axonal pathophysiology under fused in sarcoma (FUS)-mutant ALS motor neurons (2019)
  • Author(s): Tetsuya Akiyama， Naoki Suzuki， Mitsuru Ishikawa， Jiro Kawada， Fujii Teruo， Fumiyoshi Fujishima， Ryo Funayama， Keiko Nakayama， Hiroaki Mitsuhashi， Hitoshi Warita， Hideyuki Okano， Masashi Aoki
  • Organizer: 第60回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Elucidating axonal pathophysiology of fused in sarcoma (FUS)-mutant amyotrophic lateral sclerosis (ALS) using human-induced pluripotent stem cells (hiPSCs)-derived motor neurons. (2019)
  • Author(s): Tetsuya Akiyama， Naoki Suzuki， Mitsuru Ishikawa， Jiro Kawada， Fujii Teruo， Fumiyoshi Fujishima， Ryo Funayama， Keiko Nakayama， Hiroaki Mitsuhashi， Hitoshi Warita， Hideyuki Okano， Masashi Aoki.
  • Organizer: 第42回神経科学会大会
• [Presentation] ELUCIDATING AXONAL PATHOPHYSIOLOGY OF IPSCS-DERIVED MOTOR NEURONS FROM FUSED IN SARCOMA (FUS)- ALS PATIENT. (2019)
  • Author(s): T Akiyama, N Suzuki, M Ishikawa, J Kawada, T Fujii, S Mitsuzawa, K Ikeda, R Funayama, K Nakayama, F Fujishima, H Mitsuhashi, H Warita, H Okano, M Aoki..
  • Organizer: ISSCR
  • Int'l Joint Research