Discovery of novel autophagy regulators for treatment of neurodegenerative diseases

• Project Area: Prevention of brain protein aging and dementia
• Project/Area Number: 17H05708
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: University of Occupational and Environmental Health, Japan
• Principal Investigator: 足立 弘明 産業医科大学, 医学部, 教授 (40432257)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: オートファジー / dynactin1 / TRAPPC9 / 神経変性 / ポリグルタミン病 / 認知症 / オートファゴソーム / リソソーム / 神経変性疾患 / フラボノール / 病態抑止治療 / ケンペロール / アンドロゲン受容体 / Atrophin-1

Outline of Annual Research Achievements

ポリグルタミン病や認知症などの神経変性疾患では、分子シャペロンーユビキチンープロテアソーム系(UPS)やオートファジーの機能を凌駕して変異蛋白質が凝集して蓄積し、この過程に神経毒性が存在し神経変性が惹起される。有効な治療法は、病因蛋白質の異常な凝集を抑止したり、蓄積する量を減らすことで達成される。本研究では、オートファジーの制御メカニズム及びオートファゴソーム形成の分子機構の解明を目指して、オートファゴソームとリソソームの融合におけるdynactin1とTRAPPC9の役割を検討した。Two-hybrid法、免疫沈降法により、dynactin1とTRAPPC9はインターアクションした。運動ニューロン細胞NSC34細胞において、Western blot、RFP-GFP-LC3 レポーターアッセイ、電顕及びLC3の免疫電顕などの手法を用いて、dynactin1とTRAPPC9によるオートファゴソームとリソソームの融合に関して検討し、神経変性との関連も検討した。dynactin1とTRAPPC9をノックダウンすると、オートファゴソームとリソソームの融合が障害された。TRAPPC9はdynactin1、LC3-llやリソソームのマーカーであるLamp1とインターアクションした。また、dynactin1のノックダウンで、変異SOD1蛋白質の発現量が増加した。以上の結果から、dynactin1はTRAPPC9を介してオートファゴソームとリソソームの融合に関わり、神経変性の原因となる病因蛋白質の分解に関与することが判明した。Dynactin1及びTRAPPC9は、それぞれ分子量が150 KD程度の大きなタンパク質であり、様々な機能ドメインから構成され、TRAPPC9は他の種類のサブユニットと複雑なコンプレックスを構成している。今後は、これらの機能ドメインを同定することが課題である。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Tandem-genotypes: robust detection of tandem repeat expansions from long DNA reads (2019)
  • Author(s): Satomi Mitsuhashi, Martin C. Frith, Takeshi Mizuguchi, Satoko Miyatake, Tomoko Toyota, Hiroaki Adachi, Yoko Oma, Yoshihiro Kino, Hiroaki Mitsuhashi, Naomichi Matsumoto
  • Journal Title: Genome Biology Volume: 20 Issue: 1 Pages: 58-58
  • DOI: 10.1186/s13059-019-1667-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] DNA methylation inhibitor attenuates polyglutamine-induced neurodegeneration by regulating Hes5 (2019)
  • Author(s): Kondo N, Tohnai G, Sahashi K, Iida M, Kataoka M, Nakatsuji H, Tsutsumi Y, Hashizume A, Adachi H, Koike H, Shinjo K, Kondo Y, Sobue G, Katsuno M.
  • Journal Title: EMBO Mol Med Volume: none Issue: 5
  • DOI: 10.15252/emmm.201708547
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Disease Affects Bdnf Expression in Synaptic and Extrasynaptic Regions of Skeletal Muscle of Three SBMA Mouse Models (2019)
  • Author(s): Halievski K, Nath SR, Katsuno M, Adachi H, Sobue G, Breedlove SM, Lieberman AP, Jordan CL.
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 20 Issue: 6 Pages: 1314-1314
  • DOI: 10.3390/ijms20061314
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Detecting a long insertion variant in SAMD12 by SMRT sequencing: implications of long-read whole-genome sequencing for repeat expansion diseases (2018)
  • Author(s): Mizuguchi Takeshi、Toyota Tomoko、Adachi Hiroaki、Miyake Noriko、Matsumoto Naomichi、Miyatake Satoko
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 64 Issue: 3 Pages: 191-197
  • DOI: 10.1038/s10038-018-0551-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systemic overexpression of SQSTM1/p62 accelerates disease onset in a SOD1H46R-expressing ALS mouse model (2018)
  • Author(s): Mitsui S, Otomo A, Nozaki M, Ono S, Sato K, Shirakawa R, Adachi H, Aoki M, Sobue G, Shang HF, Hadano S
  • Journal Title: Mol Brain Volume: 11 Issue: 1 Pages: 30-30
  • DOI: 10.1186/s13041-018-0373-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Increased expression level of Hsp70 in the inner ears of mice by exposure to low frequency noise. (2018)
  • Author(s): Ninomiya H, Ohgami N, Oshino R, Kato M, Ohgami K, Li X, Shen D, Iida M, Yajima I, Angelidis CE, Adachi H, Katsuno M, Sobue G, Kato M.
  • Journal Title: Hear Res Volume: - Pages: 49-54
  • DOI: 10.1016/j.heares.2018.02.006
  • NAID: 120006517664
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pre-clinical symptoms of SBMA may not be androgen-dependent: Implications from two SBMA mouse models. (2018)
  • Author(s): Xu Y, Halievski K, Katsuno M, Adachi H, Sobue G, Breedlove M, Jordan CL.
  • Journal Title: Hum Mol Genet in press Volume: 未 Issue: 14 Pages: 2425-2442
  • DOI: 10.1093/hmg/ddy142
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Myoclonia continua in primary central nervous system natural killer/T-cell lymphoma, nasal type. (2017)
  • Author(s): Toyota T, Sennari Y, Okada K, Kawahara A, Tsukada J, Shimajiri S, Adachi H.
  • Journal Title: Neurology Volume: 88 Issue: 3 Pages: 329-330
  • DOI: 10.1212/wnl.0000000000003515
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coexisting infectious diseases on admission as a risk factor for mechanical ventilation in patients with Guillain–Barré syndrome (2017)
  • Author(s): Kobori S, Kubo T, Otani M, Muramatsu K, Fujino Y, Adachi H, Horiguchi H, Fushimi K, Matsuda S.
  • Journal Title: Journal of Epidemiology Volume: 27 Issue: 7 Pages: 311-316
  • DOI: 10.1016/j.je.2016.07.003
  • NAID: 130005709468
  • ISSN: 0917-5040, 1349-9092
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Dynactin-1 implicates autophagosome-lysosome fusion defects in the pathogenesis of neurodegenerative diseases (2019)
  • Author(s): Adachi H
  • Organizer: Neuroscience 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オートファジーによる神経変性疾患の病因蛋白質の分解とその治療への応用 (2018)
  • Author(s): 足立弘明
  • Organizer: 臨床ストレス応答学会
• [Presentation] Effects of Quercetin in cellular models of neurodegenerative diseases. (2017)
  • Author(s): Adachi H
  • Organizer: 第40回神経科学大会
• [Presentation] Effects of induction of autophagy in cellular models of neurodegenerative diseases. (2017)
  • Author(s): Adachi H
  • Organizer: The XXIII World Congress of Neurology
• [Presentation] Induction of autophagy enhances degradation of causative proteins in cellular models of neurodegenerative diseases. (2017)
  • Author(s): Adachi H
  • Organizer: Neuroscience 2017