Assessing the Therapeutic Potential of Alternative Splicing Manipulation in ALS Treatment for Intrinsically Disordered Regions

• Project/Area Number: 20K07880
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: SUGAI Akihiro 新潟大学, 脳研究所, 助教 (70758903)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 筋萎縮性側索硬化症 / TDP-43 / 天然変性領域 / 選択的スプライシング / アンチセンスオリゴヌクレオチド / アンチセンスオリゴ / 相分離

Outline of Research at the Start

筋萎縮性側索硬化症におけるTDP-43の線維化・凝集は天然変性領域に依存する。その局所集積は、生理的な液-液相分離を凝集に移行させる重要な因子である。興味深いことに、この天然変性領域は、選択的スプライシングにより、その発現が制御される。しかし、この選択的スプライシングの制御機構、さらにはその人為的介入による筋萎縮性側索硬化症への影響は明らかでない。本研究では、天然変性領域を欠くTDP-43アイソフォームの生成メカニズム、さらには、これが液-液相分離と凝集形成に与える影響を明らかにし、最終的に、選択的スプライシングを操作し天然変性領域を制御する筋萎縮性側索硬化症の治療戦略を検証する。

Outline of Final Research Achievements

This study aims to develop novel therapeutic strategies for Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) by elucidating the role of alternative splicing of the intrinsically disordered region of the pathogenic protein TDP-43. Dysregulation of TDP-43 is known to contribute to the onset and progression of ALS, with the intrinsically disordered region potentially leading to protein misfolding, which in turn can cause fibrosis and aggregation. We have revealed the relationship between alternative splicing of TDP-43 and ALS-associated RNA-binding proteins, and have successfully developed antisense oligonucleotides to regulate this alternative splicing. The findings suggest promising avenues for the development of new therapeutic strategies for ALS.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、ALSの発症と進行に関わる病原性タンパク質TDP-43の役割の理解を深める点で学術的意義があります。特に、TDP-43の天然変性領域、選択的スプライシング、そしてALS関連RNA結合タンパク質との関連性を明らかにし、これを制御するアンチセンスオリゴヌクレオチドを開発しました。これはALS治療の開発に向けた革新的進展であり、他の神経変性疾患への応用も期待できます。また、社会的意義としては、ALSという重篤な疾患への新治療法開発は、患者の生存期間延長とQOL向上に寄与することが期待されます。

Research Products

• [Journal Article] 【ALS-どこまでわかり,どこまで治るか】原因と発症機序 TDP-43 (2023)
  • Author(s): 小出 眞悟, 須貝 章弘, 小野寺 理
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 41 Pages: 338-341
• [Journal Article] 運動ニューロン疾患の新規治療とエビデンス 筋萎縮性側索硬化症に対するアンチセンス核酸治療薬の可能性 (2022)
  • Author(s): 須貝 章弘
  • Journal Title: 神経治療学 Volume: 39 Pages: 311-314
• [Journal Article] Age-related demethylation of the TDP-43 autoregulatory region in the human motor cortex (2021)
  • Author(s): Koike Yuka、Sugai Akihiro、Hara Norikazu、Ito Junko、Yokoseki Akio、Ishihara Tomohiko、Yamagishi Takuma、Tsuboguchi Shintaro、Tada Mari、Ikeuchi Takeshi、Kakita Akiyoshi、Onodera Osamu
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Issue: 1 Pages: 1107-1107
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02621-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Candesartan prevents arteriopathy progression in cerebral autosomal recessive arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy model (2021)
  • Author(s): Kato T, Manabe RI, Igarashi H, Kametani F, Hirokawa S, Sekine Y, Fujita N, Saito S, Kawashima Y, Hatano Y, Ando S, Nozaki H, Sugai A, Uemura M, Fukunaga M, Sato T, Koyama A, Saito R, Sugie A, Toyoshima Y, Kawata H, Murayama S, Matsumoto M, Kakita A, Hasegawa M, Ihara M, Kanazawa M, Nishizawa M, Tsuji S, Onodera O.
  • Journal Title: Journal of Clinical Investigation Volume: 131 Issue: 22
  • DOI: 10.1172/jci140555
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 相分離メガネをかけて見直す神経変性疾患 (相分離生物学の全貌) (2020)
  • Author(s): 山岸 拓磨、須貝 章弘
  • Journal Title: 現代化学 Volume: 増刊(46) Pages: 68-71
• [Presentation] TDP isoform lacking the intrinsically disordered region alleviates TDP-43 LLPS and aggregation (2022)
  • Author(s): Yamagishi Takuma, Sugai Akihiro, Yamada Yumi, Onodera Osamu
  • Organizer: 63rd Annual Meeting of the Japanese Society of Neurology
• [Presentation] Antisense nucleotides that promote splicing of the exitron encoding the prion-like domain of TDP-43 (2022)
  • Author(s): Toyama Genri, Sugai Akihiro, Yamada Yumi, Yamagishi Takuma, Kato Taisuke, Onodera Osamu
  • Organizer: 63rd Annual Meeting of the Japanese Society of Neurology
• [Presentation] Antisense oligonucleotides that prevent impaired splicing of TARDBP exitron caused by loss of nuclear TDP-43 function (2022)
  • Author(s): Akihiro Sugai, Takuma Yamagishi, Shingo Koide, Osamu Onodera
  • Organizer: Neuroscience 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TDP isoform lacking the intrinsically disordered region alleviates in vitro TDP-43 aggregation and restores aberrant splicing in TDP-43 overexpression mice (2022)
  • Author(s): Takuma Yamagishi, Shingo Koide, Yumi Yamada, Akihiro Sugai, Osamu Onodera
  • Organizer: Neuroscience 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 天然変性領域の発現制御と破綻から捉えるALS病態 (2021)
  • Author(s): 須貝章弘
  • Organizer: 第62回日本 神経学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 筋萎縮性側索硬化症に対するアンチセンス核酸治療薬の可能性 (2021)
  • Author(s): 須貝章弘
  • Organizer: 第39回日本神経治療学会学術集会
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] ＴＤＰ－４３の凝集抑制剤及び医薬組成物 (2022)
  • Inventor(s): 須貝 章弘, 山岸 拓磨, 山田 友美, 小野寺 理
  • Industrial Property Rights Holder: 須貝 章弘, 山岸 拓磨, 山田 友美, 小野寺 理
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2022-070532
  • Filing Date: 2022
• [Patent(Industrial Property Rights)] アンチセンス核酸及びその使用 (2021)
  • Inventor(s): 須貝章弘、小野寺理
  • Industrial Property Rights Holder: 須貝章弘、小野寺理
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2021
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] アンチセンス核酸及びその使用 (2020)
  • Inventor(s): 須貝章弘、小野寺理
  • Industrial Property Rights Holder: 須貝章弘、小野寺理
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2020-198595
  • Filing Date: 2020