Identifying mechanisms of motor neuron degeneration through ER-mitochondria interaction

• Project Area: Toward an integrative understanding of functional zones in organelles
• Project/Area Number: 18H04860
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 山中 宏二 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (80446533)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2018: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: オルガネラゾーン / 神経変性疾患 / オルガネラ / 筋萎縮性側索硬化症 / ミトコンドリア / 小胞体

Outline of Annual Research Achievements

筋萎縮性側索硬化症（ALS）における、オルガネラゾーンとしての小胞体・ミトコンドリア接触部（MAM）の関与は、それぞれのオルガネラ異常仮説を統合的に説明できる病態機序として注目されている。これまでに代表者は、MAMに局在するタンパク質、Sigma1受容体（Sigma1R）に注目し、SIGMAR1、SOD1変異によるALSモデルで共通してMAMの破綻を見出したことから、MAMの破綻がALSにおける神経変性に広く共通する分子メカニズムとなる可能性を示してきた。本研究課題では、1) ALSの運動神経細胞における MAMの破綻に至る分子機構の解明、2）MAM破綻の下流経路の解明：神経変性に関わる分子カスケードの同定を目指す。
2019年度は、昨年度までに開発したMAMの状態を可視化、定量する技術を用いて研究をすすめた。分割蛍光タンパク質あるいは分割ルシフェラーゼを安定的に発現する神経細胞株を樹立した。そのうち、分割ルシフェラーゼの系は、安定的に発光によりMAMを定量検出が可能であること、また可逆性が担保できることからMAMの評価系として有用であることが判明した。さらに、ALS原因遺伝子発現ライブラリ（約２０遺伝子）を用いて、MAMの破綻がALS原因遺伝子を発現させた際に共通して惹起されることを見出した。さらに、MAM破綻に関わる候補分子を同定するため、Sigma1受容体の近傍分子を網羅的にビオチン化する系(APEX2-Sigma1R)を用いた質量分析により、MAM維持に関わる候補分子を同定した。これらのうち神経疾患の病態に関与する分子を複数見出しており、その病態形成への意義について研究を進めている。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] ALS-linked TDP-43M337V knock-in mice exhibit splicing deregulation without neurodegeneration (2020)
  • Author(s): Watanabe Seiji、Oiwa Kotaro、Murata Yuri、Komine Okiru、Sobue Akira、Endo Fumito、Takahashi Eiki、Yamanaka Koji
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 13 Issue: 1 Pages: 8-8
  • DOI: 10.1186/s13041-020-0550-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mice deficient in the C-terminal domain of TAR DNA-binding protein 43 develop age-dependent motor dysfunction associated with impaired Notch1?Akt signaling pathway (2019)
  • Author(s): Nishino Kohei、Watanabe Seiji、Shijie Jin、Murata Yuri、Oiwa Kotaro、Komine Okiru、Endo Fumito、Tsuiji Hitomi、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Mishra Amit、Yamanaka Koji
  • Journal Title: Acta Neuropathologica Communications Volume: 7 Issue: 1 Pages: 118-118
  • DOI: 10.1186/s40478-019-0776-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 筋萎縮性側索硬化症におけるMAMの破綻. (2019)
  • Author(s): 渡邊征爾，山中宏二
  • Journal Title: 実験医学増刊 ミトコンドリアと疾患・老化 Volume: 37 Pages: 138-144
• [Journal Article] A copper-deficient form of mutant cu/Zn-superoxide dismutase as an early pathological species in amyotrophic lateral sclerosis (2018)
  • Author(s): Tokuda Eiichi、Nomura Takao、Ohara Shinji、Watanabe Seiji、Yamanaka Koji、Morisaki Yuta、Misawa Hidemi、Furukawa Yoshiaki
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Basis of Disease Volume: 印刷中 Issue: 6 Pages: 2119-2130
  • DOI: 10.1016/j.bbadis.2018.03.015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 運動神経変性におけるオルガネラ連携の破綻 (2019)
  • Author(s): 山中宏二
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会第62回日本神経化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Collapse of Mitochondria-associated membrane as common pathomechanism in familial ALS including SOD1 mutations. (2019)
  • Author(s): Yamanaka Koji.
  • Organizer: Mini-Symposium "Metal in ALS"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 運動ニューロン疾患における小胞体・ミトコンドリア膜間領域破綻の意義． (2018)
  • Author(s): 山中宏二
  • Organizer: 第59回日本神経学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] Identification of MAM disruption as a general pathological mechanism in ALS. (2018)
  • Author(s): 渡邊征爾, 山中宏二
  • Organizer: 第40回日本生物学的精神医学会 第61回日本神経化学会大会 合同年会
• [Remarks] 名古屋大学環境医学研究所病態神経科学分野
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/4/mnd/index.html
• [Remarks] 名古屋大学環境医学研究所
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/index.html
• [Remarks] 名古屋大学 環境医学研究所 病態神経科学分野
  • URL: http://www.riem.nagoya-u.ac.jp/4/mnd/index.html