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Study of the starting point and diversity of Tauopathy by single-molecule measurement

Research Project

Project/Area Number 23K18116
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

坂内 博子  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40332340)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 添田 義行  学習院大学, 理学部, 助教 (10553836)
前田 純宏  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (70443025)
吉村 英哲  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (90464205)
Project Period (FY) 2023-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Keywordsタウ / タウオパチー / iPS細胞 / 光遺伝学 / 1分子計測 / 液液相分離 / タンパク質凝集
Outline of Research at the Start

微小管結合タンパク質のタウの異常な凝集は、アルツハイマー病、ピック病、慢性外傷性脳症など「タウオパチー」と総称される多様な疾患を引き起こす。タウオパチー発生の瞬間ともいえるタウの凝集核形成の実態とメカニズムを知ることは大変重要である。本研究では、1分子イメージングという計測法を用いて、細胞内でタウがモノマーからオリゴマー、オリゴマーから凝集核となる場と環境を特定し、タウオパチー発症の基本原理を明らかにすることを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

アルツハイマー病、ピック病、慢性外傷性脳症など「タウオパチー」と総称される多様な疾患を引き起こすのは、微小管結合タンパク質のタウの異常な凝集である。タウオパチー脳の神経細胞・グリア細胞内に形成されるタウ線維の微細構造は疾患ごとに特異的であり、疾患特異的なタウ線維の構造を決定するのは凝集核の構造であることが報告されている。従って、タウオパチー発生の瞬間ともいえる凝集核形成の実態とメカニズムを知ることは大変重要と考えられる。In vitro実験ではタウが液液相分離(LLPS)を介して凝集核を作ることが示されている。しかし、実際の細胞の中でいつ、どのように、タウの凝集核が形成されるのか?についてはこれまで明らかになっていない。本研究の目的は、細胞内でタウがモノマーからオリゴマー、オリゴマーから凝集核となる場と環境を特定し、タウオパチー発症の基本原理を明らかにすることである。本研究では青色光依存的にタウのダイナミクスを操作するツールOptoTauと1分子イメージング法を用いて、「細胞内でタウ凝集核を形成する必要条件は何か?」を明らかにすることを目指した。青色光の時間パターンを変化させることにより、凝集タンパク質を封入するアグリソーム形成と安定なタウオリゴマー形成を選択的に生成する条件を見出した。その中でも、タンパク質分解を免れて安定した凝集を短時間で形成する条件を発見したことが大きな進展であった。タウシード依存的にiPS細胞内のタウを凝集させる条件を確立した。免疫蛍光染色法の固定法や抗体を工夫することにより、タウの凝集体の凝集形態を厳密に特定する方法ができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

多様なタウ凝集体の特異的な形を、OptoTauにより特異的に誘導する条件が定まり、タウの凝集形態を細胞内で特定する技術が確立されたため。光遺伝学的手法を用いる際の予想外の問題点が発見され、それが克服できたため。

Strategy for Future Research Activity

今後は特定形態のタウ凝集を誘導した細胞において、1分子計測を行う。特に、LLPS液滴が安定したタウ凝集の形成に必要なのか?という問いに答えるために、 LLPS液滴中にオリゴマー形成されるかを調べる。
また、初代培養神経細胞・iPS細胞にOptoTauを導入して、タウ凝集形態の制御を行う。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Mutual interaction of neurons and astrocytes derived from iPSCs with APP?V717L mutation developed the astrocytic phenotypes of Alzheimer’s disease2024

    • Author(s)
      Supakul Sopak、Murakami Rei、Oyama Chisato、Shindo Tomoko、Hatakeyama Yuki、Itsuno Maika、Bannai Hiroko、Shibata Shinsuke、Maeda Sumihiro、Okano Hideyuki
    • Journal Title

      Inflammation and Regeneration

      Volume: 44 Issue: 1 Pages: 8-8

    • DOI

      10.1186/s41232-023-00310-5

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] タウオリゴマー光誘導モデル細胞を用いた不溶性タウ凝集の誘導2024

    • Author(s)
      内田智也、加藤尚己、櫻木繁雄、服部精人、添田義行、吉村英哲、高島昭彦、坂内博子
    • Organizer
      第13回日本生物物理学会関東支部会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] アルツハイマー病研究における1分子イメージングの現状・課題・可能性 Current Status, Challenges, and Potential of Single Molecule Imaging in Alzheimer's Disease Research2023

    • Author(s)
      坂内博子
    • Organizer
      日本分子イメージング学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] シナプスの形成・維持機構を膜分子動態から読み解く Synapse formation and maintenance mechanisms deciphered from membrane molecular dynamics2023

    • Author(s)
      坂内博子
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] TIRFMを用いたiPS細胞由来神経細胞における内在性Tauの動態の解明(Dynamics of endogenous Tau in iPS-derived neurons revealed by TIRFM)2023

    • Author(s)
      大山千聖、前田純宏、岡野栄之、坂内博子
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] タウのダイナミクスから読み解く神経の生理と病理 Physiology and pathology of neurons as deciphered from the dynamics of Tau2023

    • Author(s)
      坂内博子
    • Organizer
      第64回日本神経病理学会総会学術研究会第66回日本神経化学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] TIRFMを用いたiPS細胞由来神経細胞における内在性Tauの動態の解明2023

    • Author(s)
      大山千聖、前田純宏、岡野栄之、 坂内博子
    • Organizer
      第64回日本神経病理学会総会学術研究会第66回日本神経化学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] タウのダイナミクス制御から読み解く細胞の生理と病理2023

    • Author(s)
      坂内博子
    • Organizer
      タウ研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] iPS 細胞由来神経を用いたタウ凝集モデル作成と内在性タウ動態の観察2023

    • Author(s)
      加藤尚己、前田純宏、岡野栄之、坂内博子
    • Organizer
      タウ研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Single molecule imaging studies for understanding neuronal physiology and neurological disease2023

    • Author(s)
      Hiroko Bannai
    • Organizer
      4th East Asian Symposium on Single-Molecule Biological Sciences(EASMB)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ゲノム編集によるタウ標識とタウ凝集過程の生細胞観察2023

    • Author(s)
      片山維央名、櫻木繁雄, 添田義行、高島明彦、坂内博子
    • Organizer
      第61回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Effects of CPTX on Dendritic Spines in Primary Cultures of Rat Hippocampal Neurons2023

    • Author(s)
      趙伯驍、坂内博子、柚崎通介
    • Organizer
      第61回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 神経伝達物質受容体の拡散係数に対するαシヌクレインの影響2023

    • Author(s)
      竹馬綾乃、櫻木_雄、坂内博子
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 青色光照射により細胞内Tau凝集を制御する手法の検証2023

    • Author(s)
      坂田佳大、櫻木繁雄、高島明彦、添田義行、吉田英哲、坂内博子
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report

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Published: 2023-07-04   Modified: 2024-12-25  

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