脊髄小脳変性症31型を標的とする低分子の作用機序解明と毒性リピートRNA機能抑制

• Project/Area Number: 20H02880
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37030:Chemical biology-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 柴田 知範 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (80711960)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: RNA標的低分子 / リピートRNA / 脊髄小脳変性症31型 / UGGAAリピート / RNA結合性低分子 / RNA / 脊髄小脳変性症

Outline of Research at the Start

脊髄小脳変性症31型(SCA31)は、TGGAAリピートの16番染色体への異常挿入が原因で発症する難治性疾患であり、挿入されたリピートから転写されるUGGAAリピートRNAが関与するRNA介在性神経疾患である。本研究では、UGGAAリピート結合性低分子(NCD)を手掛かりに、毒性リピートRNAが関与する発症機構及び低分子による阻害機構を分子レベルで理解することにより、SCA31の発症機構の解明及び低分子を用いた治療法開発に資する有効な分子ツールの開発を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

脊髄小脳変性症31型(SCA31)は、TGGAAリピートの16番染色体への異常挿入が原因で発症する難治性疾患であり、挿入されたリピートから転写されるUGGAAリピートRNAが関与するRNA介在性神経疾患である。本研究では、UGGAAリピート結合性低分子(NCD)を手掛かりに、毒性リピートRNAが関与する発症機構及び低分子による阻害機構を分子レベルで理解することを目指す。
UGGAAリピートは、細胞内ではRNA結合タンパク質を捕捉し細胞核内にRNA fociと呼ばれるRNA凝集体を形成することが報告されている。近年、疾患に関連するリピートRNAが試験管内で相分離を引き起こすことが報告されているが、UGGAAリピートの相分離については明らかになっていない。リピートRNA相分離体の特性を明らかにすることを目指してUGGAAリピートの相分離を試験管内で評価する系の構築を目指した。Alexa647標識されたr(UGGAA)20を5%含むr(UGGAA)20サンプルを様々なNaCl, MgCl2濃度条件で調製し、アニーリングした後蛍光顕微鏡により観察したところ、RNA凝集体を形成する条件を見出した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

様々なNaCl, MgCl2濃度条件下でAlexa647標識r(UGGAA)20をアニーリングすることで、UGGAAリピートがRNA凝集体を形成するする条件を見出す事ができた。

Strategy for Future Research Activity

UGGAAリピートと低分子の相互作用がRNA凝集体形成に及ぼす影響を調べる予定である。

Research Products

• [Journal Article] Fluorescent indicator displacement assay for the discovery of UGGAA repeat-targeted small molecules (2023)
  • Author(s): Shibata Tomonori、Matsumoto Yasumasa、Iihara Akiko、Yamada Kazunori、Ochiai Hiroshi、Saito Ryo、Kusaka Shinichi、Kume Toshiyuki
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 59 Issue: 34 Pages: 5071-5074
  • DOI: 10.1039/d3cc00837a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A small molecule binding to TGGAA pentanucleotide repeats that cause spinocerebellar ataxia type 31 (2023)
  • Author(s): Shibata Tomonori、Nakatani Kazuhiko
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters Volume: 79 Pages: 129082-129082
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2022.129082
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Small molecule targeting r(UGGAA)n disrupts RNA foci and alleviates disease phenotype in Drosophila model (2021)
  • Author(s): Shibata Tomonori、Nagano Konami、Ueyama Morio、Ninomiya Kensuke、Hirose Tetsuro、Nagai Yoshitaka、Ishikawa Kinya、Kawai Gota、Nakatani Kazuhiko
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20487-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Short Tandem Repeat Contractions during In Vitro DNA Synthesis by Repeat-binding Molecules (2021)
  • Author(s): Hagihara Masaki、Dohno Chikara、Saito Kaoru、Sugimoto Kazuhiro、Hishinuma Yuta、Sohma Yuri、Shibata Tomonori、Nakatani Kazuhiko
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 50 Issue: 11 Pages: 1848-1851
  • DOI: 10.1246/cl.210415
  • NAID: 130008113718
  • Peer Reviewed
• [Presentation] RNA反復配列を標的とした光応答性リガンドによる細胞内RNA fociの形成制御 (2023)
  • Author(s): 藤原 侑亮、柴田 知範、堂野 主税、中谷 和彦
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] Control of RNA Foci Formation by Photo-Switchable Ligands (2022)
  • Author(s): Yusuke Fujiwara, Tomonori Shibata, Chikara Dohno, Kazuhiko Nakatani
  • Organizer: The 49th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry(国際学会)
• [Presentation] Evaluation of APOBEC-catalyzed cytosine deamination for the repeat DNAs (2022)
  • Author(s): Luyan Zhang, Tomonori Shibata, Asako Murata, Kazuhiko Nakatani
  • Organizer: The 49th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry(国際学会)
• [Presentation] Alleviation of RNA toxicity by a small molecule targeting UGGAA repeat in spinocerebellar ataxia type 31 (2022)
  • Author(s): Tomonori Shibata, Konami Nagano, Morio Ueyama, Kensuke Ninomiya, Tetsuro Hirose, Yoshitaka Nagai, Kinya Ishikawa, Gota Kawai, Kazuhiko Nakatani
  • Organizer: NEURO2022
  • Invited
• [Presentation] 全脳イメージングを用いたCAGリピート結合分子の脳内分布解析 (2022)
  • Author(s): 村上英太郎、柴田知範、中森雅之、田井中一貴、中谷和彦
  • Organizer: RNAフロンティアミーティング
• [Presentation] Small molecule targeting UGGAA pentanucleotide repeat alleviates disease phenotype in spinocerebellar ataxia type 31 (2021)
  • Author(s): ○Tomonori Shibata, Konami Nagano, Morio Ueyama, Kensuke Ninomiya, Tetsuro Hirose, Yoshitaka Nagai, Kinya Ishikawa, Gota Kawai, Kazuhiko Nakatani
  • Organizer: ISNAC2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A small molecule targeting UGGAA pentanucleotide repeats that cause spinocerebellar ataxia type 31 (2021)
  • Author(s): ○Tomonori Shibata, Konami Nagano, Morio Ueyama, Kensuke Ninomiya, Tetsuro Hirose, Yoshitaka Nagai, Kinya Ishikawa, Gota Kawai, Kazuhiko Nakatani
  • Organizer: The 44th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan (MBSJ2021)
  • Invited
• [Presentation] Small molecule targeting r(UGGAA)n in spinocerebellar ataxia type 31 (2021)
  • Author(s): ○Tomonori Shibata, Konami Nagano, Morio Ueyama, Kensuke Ninomiya, Tetsuro Hirose, Yoshitaka Nagai, Kinya Ishikawa, Gota Kawai, Kazuhiko Nakatani
  • Organizer: Pacifichem 2021
  • Int'l Joint Research