タンパク質の構造生物学に基づいた筋萎縮性側索硬化症の分子病態解明と治療法開発

• Project/Area Number: 19KK0214
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 52:General internal medicine and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 山中 宏二 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (80446533)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邊 征爾 名古屋大学, 環境医学研究所, 講師 (70633577) ; 祖父江 顕 名古屋大学, 環境医学研究所, 特任助教 (80823343)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000); Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 筋萎縮性側索硬化症 / 構造生物学 / 神経変性疾患

Outline of Research at the Start

本研究課題は、英国リバプール大学の構造生物学研究チームと共同で病因タンパク質の構造生物学的知見に基づいた筋萎縮性側索硬化症（ALS）の分子病態解明と新規治療法の開発を目指す。具体的に、2種類のALS原因タンパク質SOD1、TDP-43に着目し、SOD1については、その立体構造を安定化することにより疾患の進行を抑制する化合物の開発を行う。TDP-43については、ALSで見られる病理像の鍵となるTDP-43タンパク質の構造異常を英国チームと共同で解析する。本国際共同研究を通じて、新たな視点でのALSの病態解明、治療法開発や、異分野を俯瞰する国際的に視野の広い若手研究者の育成が期待される。

Outline of Annual Research Achievements

1) ALS原因蛋白質SOD1の立体構造を安定化させて疾患の進行を抑制する化合物の開発:
二量体として存在するSOD1はALS疾患変異の導入によりその構造異常を来すことが知られている。英国チームは，低分子化合物エブセレンを構造展開してより良い候補化合物を複数合成することに成功した。本邦チームは，昨年度までに一部のエブセレン類縁化合物が変異タンパク質による神経毒性に対する軽減効果を発揮することを培養神経細胞において見出している。そこで，SOD1G93Aマウスに対するエブセレン誘導体の神経保護効果を検討した。エブセレン誘導体の慢性経口投与により，遺伝性ALSモデルマウスの発症時期を有意に遅延させ，神経筋接合部の脱神経所見の改善，脊髄における変異SOD1オリゴマーの蓄積を軽減することを見出した。これらの研究結果を，英国チームと共同で論文投稿中であり，必要な追加実験を行った。
2) 単量体TDP-43の分子の生物物理学的性状解析と立体構造解析:
本邦チームは，TDP-43の単量体化によりALSに特徴的なTDP-43病理である，タンパク質の局在異常とリン酸化TDP-43の異常凝集が惹起されることを見出している。今年度は，この単量体型TDP-43タンパク質の機能解析と単量体化メカニズムについて検討を続けている。さらに，TDP-43の多量体化の低下，つまり単量体化の亢進が孤発性ALSの脳・脊髄組織で認められることや，そのTDP-43病理形成における分子メカニズムについて明らかにした。これらの成果を論文発表した。
今年度も，英国における共同研究・実験実施のため，英国への渡航を計画していたが延期した。その間，Web会議等によって共同研究に関して継続的に打合わせを行っている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

COVID-19により英国への渡航が延期になったため，ALS原因蛋白質SOD1の立体構造を安定化させて疾患の進行を抑制する化合物の開発に関する実験計画は遅延した。一方で、TDP-43に関する研究成果を論文発表することができた。

Strategy for Future Research Activity

双方の研究チームがWeb会議等によって密に連携して、各チームの担当課題を進めるように努める。また，相互に研究交流が再開できるように努める。ただし，当該国の感染状況悪化や大学の活動制限が再度発生した場合には研究計画の変更を検討する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] リバプール大学/Kings College London(英国)
• [Int'l Joint Research] リバプール大学(英国)
• [Int'l Joint Research] リバプール大学(英国)
• [Int'l Joint Research] リバプール大学(英国)
• [Int'l Joint Research] リバプール大学(英国)
• [Journal Article] Monomerization of TDP-43 is a key determinant for inducing TDP-43 pathology in amyotrophic lateral sclerosis (2023)
  • Author(s): Oiwa Kotaro、Watanabe Seiji、Onodera Kazunari、Iguchi Yohei、Kinoshita Yukako、Komine Okiru、Sobue Akira、Okada Yohei、Katsuno Masahisa、Yamanaka Koji
  • Journal Title: Science Advances Volume: 9 Issue: 31
  • DOI: 10.1126/sciadv.adf6895
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intrinsic structural vulnerability in the hydrophobic core induces species-specific aggregation of canine SOD1 with degenerative myelopathy-linked E40K mutation (2023)
  • Author(s): Hashimoto Kei、Watanabe Seiji、Akutsu Masato、Muraki Norifumi、Kamishina Hiroaki、Furukawa Yoshiaki、Yamanaka Koji
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 299 Issue: 6 Pages: 104798-104798
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.104798
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mitochondria-associated membrane collapse impairs TBK1-mediated proteostatic stress response in ALS (2023)
  • Author(s): Watanabe Seiji、Murata Yuri、Oka Yasuyoshi、Oiwa Kotaro、Horiuchi Mai、Iguchi Yohei、Komine Okiru、Sobue Akira、Katsuno Masahisa、Ogi Tomoo、Yamanaka Koji
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 120 Issue: 47
  • DOI: 10.1073/pnas.2315347120
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comprehensive expression analysis with cell-type-specific transcriptome in ALS-linked mutant SOD1 mice: Revisiting the active role of glial cells in disease (2023)
  • Author(s): Yamashita Hirofumi、Komine Okiru、Fujimori-Tonou Noriko、Yamanaka Koji
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience Volume: 16 Pages: 1045647-1045647
  • DOI: 10.3389/fncel.2022.1045647
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sigma-1 receptor maintains ATAD3A as a monomer to inhibit mitochondrial fragmentation at the mitochondria-associated membrane in amyotrophic lateral sclerosis (2023)
  • Author(s): Watanabe Seiji、Horiuchi Mai、Murata Yuri、Komine Okiru、Kawade Noe、Sobue Akira、Yamanaka Koji
  • Journal Title: Neurobiology of Disease Volume: 179 Pages: 106031-106031
  • DOI: 10.1016/j.nbd.2023.106031
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Novel reporters of mitochondria‐associated membranes (MAM), MAMtrackers, demonstrate MAM disruption as a common pathological feature in amyotrophic lateral sclerosis (2021)
  • Author(s): Sakai Shohei、Watanabe Seiji、Komine Okiru、Sobue Akira、Yamanaka Koji
  • Journal Title: The FASEB Journal Volume: 35 Issue: 7
  • DOI: 10.1096/fj.202100137r
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Novel Selenium-based compounds with therapeutic potential for SOD1-linked amyotrophic lateral sclerosis (2020)
  • Author(s): Amporndanai Kangsa、Rogers Michael、Watanabe Seiji、Yamanaka Koji、O'Neill Paul M.、Hasnain S. Samar
  • Journal Title: EBioMedicine Volume: 59 Pages: 102980-102980
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2020.102980
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Aggresome formation and liquid?liquid phase separation independently induce cytoplasmic aggregation of TAR DNA-binding protein 43 (2020)
  • Author(s): Watanabe Seiji、Inami Hidekazu、Oiwa Kotaro、Murata Yuri、Sakai Shohei、Komine Okiru、Sobue Akira、Iguchi Yohei、Katsuno Masahisa、Yamanaka Koji
  • Journal Title: Cell Death & Disease Volume: 11 Issue: 10 Pages: 909-909
  • DOI: 10.1038/s41419-020-03116-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ALS-linked TDP-43M337V knock-in mice exhibit splicing deregulation without neurodegeneration (2020)
  • Author(s): Watanabe Seiji、Oiwa Kotaro、Murata Yuri、Komine Okiru、Sobue Akira、Endo Fumito、Takahashi Eiki、Yamanaka Koji
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 13 Issue: 1 Pages: 8-8
  • DOI: 10.1186/s13041-020-0550-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Molecular Basis of TDP-43 pathology in neurodegenerative disease. (2023)
  • Author(s): Oiwa K , Yamanaka K
  • Organizer: Japan-UK Neuroscience symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ALSにおけるTDP-43病理形成の分子基盤. (2023)
  • Author(s): 山中宏二
  • Organizer: 第64回日本神経学会学術大会 シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 筋萎縮性側索硬化症におけるTDP-43病理形成の分子基盤と疾患修飾療法への展望. (2023)
  • Author(s): 山中宏二.
  • Organizer: 第42回日本認知症学会学術集会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] TDP-43異常に基づいたALS/FTDマウスモデル：最近の知見. (2022)
  • Author(s): 山中宏二
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術大会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 生命金属タンパク質異常による神経変性疾患の病態とその制御. (2022)
  • Author(s): 山中宏二
  • Organizer: 第１回生命金属科学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 神経変性疾患における蛋白質品質管理異常. (2022)
  • Author(s): 山中宏二
  • Organizer: 第22回日本抗加齢医学会総会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] ALSにおけるTDP-43の凝集・局在異常の分子機構 (2022)
  • Author(s): 山中宏二
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Mechanism for inducing TDP-43 pathology in ALS. (2021)
  • Author(s): Koji Yamanaka
  • Organizer: PACTALS (Pan-Asia Consortium for Treatment and Research in ALS)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 単量体・多量体バランスの異常はALSにおけるTDP-43病理を形成する. (2021)
  • Author(s): 山中宏二
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] Monomerization of TDP-43 is a key determinant for inducing TDP-43 pathology in ALS. (2021)
  • Author(s): 大岩康太郎、渡邊征爾、井口洋平、勝野雅央、山中宏二.
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] E40K変異イヌSOD1タンパク質の種特異的凝集に重要なアミノ酸残基の同定. (2021)
  • Author(s): 橋本 慶、渡邊征爾、小峯 起、祖父江 顕、神志那弘明、山中宏二.
  • Organizer: 第94回日本生化学大会
• [Presentation] Multimerization of TDP-43 plays a key role in determination of its subcellular localization. (2020)
  • Author(s): 大岩康太郎、渡邊征爾、祖父江 顕、小峯 起、勝野雅央、山中宏二.
  • Organizer: 第61回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Molecular pathomechanism of motor neuron disease. (2020)
  • Author(s): Yamanaka K
  • Organizer: UK-Japan Neuroscience Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] TDP-43 mutant lacking its C-terminal domain induces age-dependent motor dysfunction in mice. (2019)
  • Author(s): Watanabe S, Nishino K, Murata Y, Oiwa K, Yamanaka K.
  • Organizer: 30th International Symposium on ALS/MND
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 名古屋大学環境医学研究所 ホームページ
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/index.html
• [Remarks] 病態神経科学分野 研究室ホームページ
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/4/mnd/index.html
• [Remarks] 名古屋大学 環境医学研究所 病態神経科学分野
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/4/mnd/index.html
• [Remarks] 名古屋大学環境医学研究所HP
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/index.html
• [Remarks] 名古屋大学環境医学研究所病態神経科学分野HP
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/4/mnd/index.html
• [Remarks] 名古屋大学環境医学研究所 病態神経科学分野
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/4/mnd/index.html
• [Remarks] 名古屋大学環境医学研究所
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/index.html
• [Remarks] 名古屋大学環境医学研究所病態神経科学分野
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/4/mnd/index.html
• [Remarks] 名古屋大学環境医学研究所
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