筋萎縮性側索硬化症モデルにおける軸索分岐異常の分子基盤の解明

• Project/Area Number: 21K07411
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 鈴木 直輝 東北大学, 大学病院, 助教 (70451599)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 割田 仁 東北大学, 大学病院, 助教 (30400245) ; 青木 正志 東北大学, 医学系研究科, 教授 (70302148)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 筋萎縮性側索硬化症

Outline of Research at the Start

筋萎縮性側索硬化症 (ALS) は運動ニューロンが系統的・選択的に障害される難病である。申請者らは運動ニューロンの特徴的な構造であり、ヒトで1mにも及ぶ長い軸索がALS病態の初期から障害されていることに着目し、独自に開発したマイクロ流体デバイスを用いて培養下で軸索構造を再現し、病態の鍵となる分子を同定してきた。ALS変異iPS細胞由来運動ニューロンにおける軸索形態異常がALSにおける神経変性に直結するかは不明確だった。本研究では、ALS共通病態としての軸索分岐異常の分子基盤は何か、軸索病態を改善することが神経変性抑制につながるのか、という二つの未解決課題に取り組む。

Outline of Annual Research Achievements

筋萎縮性側索硬化症(ALS)は運動ニューロンが系統的に障害され根本的な治療が未だ無い難病である。孤発性ALSの剖検脳・脊髄ではTDP-43の封入体が見られる。TDP-43をコードするTARDBPは、FUSやhnRNPA1と共に家族性ALSの原因遺伝子であり、またRNA結合蛋白でもある。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。
独自開発したマイクロ流体デバイスを用いiPS細胞由来運動ニューロン軸索を大量に回収・網羅的解析し、FUS、hnRNPA1、TDP-43といった代表的なRNA結合蛋白変異における病態を比較解析してきた。これまでにRNA-seq解析により、TARDBP変異による軸索局所でのRNA代謝異常を転写レベルで解析しPHOX2Bを見出した。PHOX2Bは、ALSで発症後長期まで保たれる動眼神経や自律神経において発現が高いことから、変異運動ニューロンの選択的変性に関わる可能性が考えられる。上記の新しい知見をStem Cell Reports誌に報告した（Mitsuzawa S, et al. Stem Cell Reports 2021）。
今年度は自律神経や感覚神経に分化するプロトコールを確立し、神経オルガノイドデバイス内で軸索が束になり伸長することを確認した。また、軸索の病態に着目したALSの解析について総説をJ Hum Genet誌に報告した (Suzuki N, et al. J Hum Genet 2023)。引き続き、各遺伝子変異の共通分子の解析や動物モデルを用いた検証を行っていく

Current Status of Research Progress

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

Reason

鍵分子であるPhox2Bの細胞モデルでの役割を明らかにすることができ、論文化まで行えた。Phox2Bの下流の分子、また運動ニューロンで特異的に変化する分子について、分化プロトコルの最適化を行い、比較解析を行う準備が整ってきた。

Strategy for Future Research Activity

引き続きTARDBPおよびFUS変異の軸索病態の共通する分子の役割についても検討していく。iPSモデルと動物モデルを相互参照し、病態における意義を確認していく。

Research Products

• [Journal Article] Phase II/III Study of Aceneuramic Acid Administration for GNE Myopathy in Japan (2023)
  • Author(s): Suzuki Naoki、Mori-Yoshimura Madoka、Katsuno Masahisa、Takahashi Masanori P.、Yamashita Satoshi、Oya Yasushi、Hashizume Atsushi、Yamada Shinichiro、Nakamori Masayuki、Izumi Rumiko、Kato Masaaki、Warita Hitoshi、Tateyama Maki、Kuroda Hiroshi、Asada Ryuta、Yamaguchi Takuhiro、Nishino Ichizo、Aoki Masashi
  • Journal Title: Journal of Neuromuscular Diseases Volume: - Issue: 4 Pages: 1-12
  • DOI: 10.3233/jnd-230029
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetics of amyotrophic lateral sclerosis: seeking therapeutic targets in the era of gene therapy (2022)
  • Author(s): Suzuki Naoki、Nishiyama Ayumi、Warita Hitoshi、Aoki Masashi
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 68 Issue: 3 Pages: 131-152
  • DOI: 10.1038/s10038-022-01055-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reduced PHOX2B stability causes axonal growth impairment in motor neurons with TARDBP mutations (2021)
  • Author(s): Mitsuzawa S, Suzuki N, Akiyama T, Ishikawa M, Sone T, Kawada J, Funayama R, Shirota M, Mitsuhashi H, Morimoto S, Ikeda K, Shijo T, Ohno A, Nakamura N, Ono H, Ono R, Osana S, Nakagawa T, Nishiyama A, Izumi R, Kaneda S, Ikeuchi Y, Nakayama K, Fujii T, Warita H, Okano H, Aoki M.
  • Journal Title: Stem Cell Reports Volume: 16 Issue: 6 Pages: 1527-1541
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2021.04.021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research