Regulatory Mechanisms of Aggrephagy that Promote Degradation of Tau Aggregates

• Project/Area Number: 23K24214
• Project/Area Number (Other): 22H02953 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 51030:Pathophysiologic neuroscience-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2024); Nagasaki University (2022-2023)
• Principal Investigator: 松本 弦 大阪公立大学, 大学院医学研究科, 准教授 (50415303)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2026: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2025: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: 選択的オートファジー / アグリファジー / 神経変性疾患 / 凝集体分解 / タウ / タウオパチー / アグリファジー促進

Outline of Research at the Start

神経変性疾患の原因の一つと考えられているタンパク質凝集体の細胞内分解機構であるアグリファジー促進機構の分子メカニズムを明らかにする

Outline of Annual Research Achievements

アルツハイマー病などの認知症およびパーキンソン病などの神経変性疾患では、 神経細胞内に疾患特異的タンパク質凝集体が蓄積する。加齢に伴いタンパク質分解機構に機能不全が生じることが発症要因の一つと考えられているが、その詳細はわかっていない。我々はこれまでに、タウタンパク質凝集体を蓄積する培養細胞モデルを樹立し、タウ凝集体の細胞内分解を促進するADI (Aggregate degradation inducer) 化合物を見出した。ADI化合物は、タンパク質凝集体の選択的オートファジーによる分解(アグリファジー)を促進することで、タウ凝集体の分解をしていることがわかった。本研究では、ADI化合物の標的分子を同定し、アグリファジー促進に至る分子メカニズムを明らかにすることで、加齢に伴う神経細胞内のタンパク質分解機構の機能不全の原因を明らかにすることを目的とする。
ADI化合物が直接結合するタンパク質を同定するため、ADI化合物の薬理効果に影響の少ない領域にプルダウン用のビオチンタグと光活性化型クロスリンカーの両方を導入した化合物(ADI-44)を有機合成した。ADI-44と細胞を処理し、UV照射することでADI-44とその結合タンパク質をクロスリンクし、ADI-44のビオチンタグを利用して光架橋したタンパク質をストレプトアビジンビーズを用いてプルダウンした。UV クロスリンク依存的に出現するバンドに含まれるタンパク質を LC-MS/MS 解析により同定したところ、複数の候補が同定された。同定した候補タンパク質をヒト培養細胞のcDNAライブラリーからクローニングして、大腸菌から候補タンパク質を精製した。精製した候補タンパク質はin vitroでADI-44をクロスリンクし、過剰の水溶性誘導体のADI-89でクロスリンクが阻害されたことから、ADIが直接結合していることを確認した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ADIの標的タンパク質を同定できたことから、標的タンパク質の機能変化についてin vitroで検証していきたいと考えていたが、標的タンパク質が多機能タンパク質であったことから、機能評価か難しい問題として残っている。また、Biacoreをつかった結合定数の測定も化合物がセンサーチップに非特異的に結合してしまうため、結合定数の測定は難しいと思われる。

Strategy for Future Research Activity

ADIと標的タンパク質との直接結合が確認できたことで、ADIが結合することにより標的タンパク質の機能がどのように変化するのかについて、次年度検証していくことになる。現在までに、標的タンパク質の免疫染色により、ADIの天下により標的タンパク質の細胞内局在が変化することを確認している。次年度は、なぜこのような局在変化がおこり、その結果として何がおこるのかについて明らかにしていく。

Research Products

• [Journal Article] The transcription factor NRF1 (NFE2L1) activates aggrephagy by inducing p62 and GABARAPL1 after proteasome inhibition to maintain proteostasis (2023)
  • Author(s): Hatanaka Atsushi、Nakada Sota、Matsumoto Gen、Satoh Katsuya、Aketa Iori、Watanabe Akira、Hirakawa Tomoaki、Tsujita Tadayuki、Waku Tsuyoshi、Kobayashi Akira
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 14405-14405
  • DOI: 10.1038/s41598-023-41492-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Propagative α-synuclein seeds as serum biomarkers for synucleinopathies. (2023)
  • Author(s): Ayami Okuzumi Taku Hatano Gen Matsumoto Nobutaka Hattori et al
  • Journal Title: Nature medicine Volume: 29 Issue: 6 Pages: 1448-1455
  • DOI: 10.1038/s41591-023-02358-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 認知症治療薬開発と線維化タウモデル (2023)
  • Author(s): 松本 弦
  • Journal Title: コスモ・バイオニュース Volume: 198 Pages: 1-4
  • Open Access
• [Journal Article] Central role for p62/SQSTM1 in the elimination of toxic tau species in a mouse model of tauopathy (2022)
  • Author(s): Ono Maiko、Komatsu Masaaki、Ji Bin、Takado Yuhei、Shimojo Masafumi、Minamihisamatsu Takeharu、Warabi Eiji、Yanagawa Toru、Matsumoto Gen、Aoki Ichio、Kanaan Nicholas M.、Suhara Tetsuya、Sahara Naruhiko、Higuchi Makoto
  • Journal Title: Aging Cell Volume: 21 Issue: 7
  • DOI: 10.1111/acel.13615
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Detection of Prions in a Cadaver for Anatomical Practice (2022)
  • Author(s): Nakagaki Takehiro、Kaneko Miho、Satoh Katsuya、Murai Kiyohito、Saiki Kazunobu、Matsumoto Gen、Ogami-Takamura Keiko、Ikematsu Kazuya、Akagi Akio、Iwasaki Yasushi、Tsurumoto Toshiyuki、Nishida Noriyuki
  • Journal Title: New England Journal of Medicine Volume: 386 Issue: 23 Pages: 2245-2246
  • DOI: 10.1056/nejmc2204116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Research and Development of Oral Therapeutics for Neurodegenerative Diseases by Aggrepohagy Inducing Compounds (2023)
  • Author(s): 松本 弦
  • Organizer: BioJapan 2023
• [Presentation] アグリファジー促進化合物 (ADI) による in vivo タウ凝集抑制 (2023)
  • Author(s): 松本 弦
  • Organizer: タウ研究ミーティング2023
• [Patent(Industrial Property Rights)] タンパク質凝集体の分解促進用組成物、およびタンパク質凝集体形成 (2023)
  • Inventor(s): 松本 弦、水田賢志
  • Industrial Property Rights Holder: 松本 弦、水田賢志
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2023-030021
  • Filing Date: 2023
• [Patent(Industrial Property Rights)] タンパク質凝集体の分解促進用組成物、およびタンパク質凝集体形成 を伴う神経変性疾患の予防または治療用医薬組成物 (2023)
  • Inventor(s): 松本 弦、水田賢志
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人 長崎大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2023-030021
  • Filing Date: 2023