Identification of prion protein-dependent neurodegenerative origin using a modified laser cutter

• Project/Area Number: 19K22521
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 48:Biomedical structure and function and related fields
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute
• Principal Investigator: 八谷 如美 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部バイオ応用技術グループ, 主任研究員 (30408075)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: ミトコンドリア / プリオン病 / プリオンタンパク質 / プリオン / 小胞体 / マイクロダイセクション / 神経変性疾患 / オルガネラ

Outline of Research at the Start

細胞内のオルガネラ近接領域の解析が困難な理由は、ここが極微小な領域だからである。しかしながら、この領域がさまざまな疾患の起点になっているとの報告が相次いでいる。我々は、世界最小領域を単離可能なレーザーカッター装置を開発したことから、当該領域の直接単離と構成成分の同定に挑み、定量的な解析手法を確立することにより、最終的に、急速な神経変性と細胞死を伴うプリオン病の神経変性起点を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

プリオン病は急速に進行する神経変性が特徴の致死性の神経変性疾患である。プリオンタンパク質(PrP)はプリオン病の病因蛋白質であり、PrPの高次構造変化は本疾患の発症の原因である。プリオンタンパク質は分泌系のタンパク質であるから、小胞体、ゴルジ体を経て細胞膜に移行するが、遺伝性のプリオン病や加齢マウスにおいはPrPがミトコンドリアに局在するものが報告されている。また、健常な若年マウスにおいてもPrPがミトコンドリアに局在しているとの報告もある。ER-ミトコンドリア関連膜(MAM)にはアルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患関連病因因子が局在することが知られており、プリオン病においても上記のとおり小胞体とミトコンドリア双方の関与が示唆されている。しかしながら、MAMを形成する微小領域はその小ささ故にサンプルの単離が難しく、したがって解析が困難である。本年度は、昨年度に構築したアッセイ系を用い、改良型のレーザーマイクロダイセクション装置を使用して、MAM領域を単離するためにHeLa細胞を用いて核内の1ミクロン径の円形領域の単離を試みた。その結果、当該領域に含まれる核内成分が単離可能なことが確認された。また、マウス神経芽細胞腫由来N2a細胞を用いてPrPが蓄積したミトコンドリア領域の切削を行ったところ、目的どおりに単離可能なことを確認することができた。
 

Research Products

• [Int'l Joint Research] Wroclaw Medical University(ポーランド)
• [Journal Article] Volatile Anesthetic Sevoflurane Precursor 1,1,1,3,3,3-Hexafluoro-2-Propanol (HFIP) Exerts an Anti-Prion Activity in Prion-Infected Culture Cells (2021)
  • Author(s): Shimizu Takuto、Nogami Emiko、Ito Yuka、Morikawa Kazuo、Nagane Masaki、Yamashita Tadashi、Ogawa Tsuyoshi、Kametani Fuyuki、Yagi Hisashi、Hachiya Naomi
  • Journal Title: Neurochemical Research Volume: 1 Issue: 8 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1007/s11064-021-03344-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Isomerization of Asp is essential for assembly of amyloid-like fibrils of αA-crystallin-derived peptide (2021)
  • Author(s): Magami Kosuke、Hachiya Naomi、Morikawa Kazuo、Fujii Noriko、Takata Takumi
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 16 Issue: 4 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0250277
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PrP (122?139) is a covert mitochondrial targeting signal of prion protein and it specifically triggers the perinuclear clustering of mitochondria in neuronal culture cells (2020)
  • Author(s): Shimizu Takuto、Kozuka Yoshimichi、Kusano Mayumi、Nagane Masaki、Yamashita Tadashi、Hachiya Naomi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 524 Issue: 2 Pages: 301-307
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.01.099
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nuclear Envelope and Nuclear Pore Complexes in Neurodegenerative Diseases?New Perspectives for Therapeutic Interventions (2020)
  • Author(s): Hachiya Naomi、Sochocka Marta、Brzecka Anna、Shimizu Takuto、G?siorowski Kazimierz、Szczechowiak Katarzyna、Leszek Jerzy
  • Journal Title: Molecular Neurobiology Volume: 58 Issue: 3 Pages: 983-995
  • DOI: 10.1007/s12035-020-02168-x
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Development of advanced-laser micor siddection system for a correct diagnosis for neurodegeneration diseases. (2019)
  • Author(s): Naomi Hachiya
  • Organizer: 14th World Congress of Biological Psychiatry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Ectopic localaization of PrP to mitochondria disrupts the mitochondrial dynamics specifically in neurons. (2019)
  • Author(s): Naomi Hachiya
  • Organizer: Asian Pacific Prion Symposium 2019.
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mechanisums of neurodegenation caused by mitochondria:focusing on prion disease. (2019)
  • Author(s): Naomi Hachiya
  • Organizer: Psychogeriatria2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Failure of mitochondrial dynamics is involved in PrPc-dependent neuronal cell death (2019)
  • Author(s): Shimizu T, Nagene M, Yamashita T, Hachiya N
  • Organizer: Asian Pacific Prion Symposium 2019.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ミトコンドリアへ標的化したプリオンタンパク質のミトコンドリアにおける局在部位の同定 (2019)
  • Author(s): 清水琢音、永根大幹、山下匡、八谷如美
  • Organizer: 第162回 日本獣医学会学術集会