カテプシン群がもたらす中枢神経組織オートファジー・リソソーム分解系のマルチモード

• Project Area: Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity
• Project/Area Number: 22H04652
• 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: Juntendo University
• Principal Investigator: 谷田 以誠 順天堂大学, 大学院医学研究科, 先任准教授 (30296868)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: リソソーム / オートファジー / タンパク質分解 / カテプシン / セロイドリポフスチン / 神経変性疾患 / タンパク分解 / 神経変性 / p62 / ユビキチン / 神経セロイド-リポフスチン症

Outline of Research at the Start

オートファジー・リソソーム分解系において、“リソソームによる分解”は“分解”を司る必須の過程である。CtsDは神経セロイドリポフスチン症の原因遺伝子の一つCLN10であり、CtsDノックアウトマウスは神経セロイドリポフスチン症様の表現型を示す。我々は“中枢神経組織のオートファジー・リソソーム分解系のカテプシン群が果たす分解機能には、それぞれの脳領域・分化時期についての多様性・マルチモードが存在しているのではないか？”と言う問いから、中枢神経特異的CtsB/CtsL二重ノックアウトマウスを解析し、中枢神経組織におけるオートファジー・リソソーム分解系でカテプシン群の果たす多様性について解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

オートファジー・リソソーム分解系の研究においては、“リソソームによる分解”はどのマルチモードオートファジーにおいても避けられない“分解”を司る必須の過程である。本研究課題に関する、リソソームの主要タンパク質分解酵素カテプシンB(CtsB), およびカテプシンL(CtsL)について、脳組織における機能について研究をおこなっている。全身CtsB/ CtsL全身ノックアウトマウスでは、神経セロイドリポフスチン症モデルマウスである全身カテプシンDノックアウトマウスや中枢神経組織特異的カテプシンD(CtsD)ノックアウトマウスと非常に類似した表現型を示していた。カテプシンBおよびLはシステインプロテアーゼであり、カテプシンDはアスパラギン酸プロテアーゼであり、中枢神経における機能的ダイバージェンスある可能性がある。そこで、中枢神経特異的CtsB/ CtsL二重ノックアウトマウスを作成し、その表現型を解析した。全身CtsB/ CtsL全身ノックアウトマウス、全身カテプシンDノックアウトマウスや中枢神経組織特異的カテプシンD(CtsD)ノックアウトマウスでは、いずれも中枢神経組織にセロイドリポフスチンの蓄積を認め、GRODとよばれる異常なリソソームは観察され、生後それぞれ13日前後、26日前後、30日前後で死亡する。ところが、中枢神経特異的CtsB/ CtsL二重ノックアウトマウスは、８週齢以降も生存していた。運動機能に関しては、いくつかの運動機能テストについて、異常が認められた。また小脳の萎縮傾向が認められ、小脳皮質・小脳核におけるプルキンエ細胞の部分的脱落が認められた。また、これらの解析のためにImmuno In-resin CLEMという新規CLEM法を開発した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] TUNEL‐positive structures in activated microglia and SQSTM1/p62‐positive structures in activated astrocytes in the neurodegenerative brain of a CLN10 mouse model (2023)
  • Author(s): Mitsui Shun, Yamaguchi Junji, Suzuki Chigure, Uchiyama Yasuo, Tanida Isei
  • Journal Title: Glia Volume: 71 Issue: 12 Pages: 2753-2769
  • DOI: 10.1002/glia.24449
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Application of immuno- and affinity labeling with fluorescent dyes to in-resin CLEM of Epon-embedded cells (2023)
  • Author(s): Tanida Isei, Yamaguchi Junji, Suzuki Chigure, Kakuta Soichiro, Uchiyama Yasuo
  • Journal Title: Heliyon Volume: 9 Issue: 6 Pages: e17394-e17394
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e17394
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Recent advances in in-resin correlative light and electron microscopy of Epon-embedded cells (2023)
  • Author(s): Tanida Isei, Yamaguchi Junji, Suzuki Chigure, Kakuta Soichiro, Uchiyama Yasuo
  • Journal Title: Microscopy Volume: 72 Issue: 5 Pages: 383-387
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfad028
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Monitoring autophagic flux in vivo revealed its physiological response and significance of heterogeneity in pancreatic beta cells (2023)
  • Author(s): Aoyama Shuhei、Nishida Yuya、Uzawa Hirotsugu、Himuro Miwa、Kanai Akiko、Ueki Kyosei、Ito Minami、Iida Hitoshi、Tanida Isei、Miyatsuka Takeshi、Fujitani Yoshio、Matsumoto Masaki、Watada Hirotaka
  • Journal Title: Cell Chemical Biology Volume: - Issue: 6 Pages: 658-671.e4
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2023.03.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Osmium-Resistant Fluorescent Proteins and In-Resin Correlative Light-Electron Microscopy of Epon-Embedded Mammalian Cultured Cells (2022)
  • Author(s): Tanida Isei、Yamaguchi Junji、Kakuta Soichiro、Uchiyama Yasuo
  • Journal Title: Methods Mol Biol. Volume: 2564 Pages: 287-297
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2667-2_15
  • ISBN: 9781071626665, 9781071626672
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lack of Cathepsin D in the central nervous system results in microglia and astrocyte activation and the accumulation of proteinopathy-related proteins (2022)
  • Author(s): Suzuki Chigure、Yamaguchi Junji、Sanada Takahito、Oliva Trejo Juan Alejandro、Kakuta Souichirou、Shibata Masahiro、Tanida Isei、Uchiyama Yasuo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 11662-11615
  • DOI: 10.1038/s41598-022-15805-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In-resin CLEM of Epon-embedded cells using proximity labeling (2022)
  • Author(s): Sanada Takahito、Yamaguchi Junji、Furuta Yoko、Kakuta Soichiro、Tanida Isei、Uchiyama Yasuo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 11130-11130
  • DOI: 10.1038/s41598-022-15438-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impaired GATE16-mediated exocytosis in exocrine tissues causes Sj?gren’s syndrome-like exocrinopathy (2022)
  • Author(s): Suzuki Akiko、Iwaya Chihiro、Ogata Kenichi、Yoshioka Hiroki、Shim Junbo、Tanida Isei、Komatsu Masaaki、Tada Norihiro、Iwata Junichi
  • Journal Title: Cellular and Molecular Life Sciences Volume: 79 Issue: 6 Pages: 307-307
  • DOI: 10.1007/s00018-022-04334-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] エポン樹脂包埋試料中の蛍光タンパク質を観察する ～In-resin CLEMへのアプローチ (2022)
  • Author(s): 谷田以誠, 山口隼司, 角田宗一郎, 内山安男
  • Journal Title: 解剖学雑誌 Volume: 97 Pages: 13-16
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 中枢神経系特異的カテプシンBおよびカテプシンL二重欠損マウスにおけるユニークな表現型について (2024)
  • Author(s): 眞田貴人、鈴木ちぐれ、山口隼司、角田宗一郎、オリバ・トレホ・ファン・アレハンドロ、三井駿、内山安男、谷田以誠
  • Organizer: 第129回 日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] 成体マウスにおける神経細胞のカテプシンD欠損は軽度の神経変性症状をもたらす (2024)
  • Author(s): 三井駿、山口隼司、鈴木ちぐれ、谷田以誠、内山安男
  • Organizer: 第129回 日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] リソソーム機能不全がもたらす神経変性に伴うα-シヌクレイン関連超微形態の解析 (2024)
  • Author(s): 鈴木ちぐれ、山口隼司、眞田貴人、三井駿、角田宗一郎、谷田以誠、内山安男
  • Organizer: 第129回 日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] In-resin CLMEによる神経セロイドリポフスチン症モデルマウス視床におけるグリア細胞のオルガネラ・イメージング (2024)
  • Author(s): 谷田以誠、三井駿、山口隼司、鈴木ちぐれ、内山安男
  • Organizer: 第129回 日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] 免疫反応とアフィニティ反応を用いた2色in-resin CLEMと3D in-resin CLEM (2023)
  • Author(s): 谷田以誠、山口隼司、鈴木ちぐれ、角田宗一郎、内山安男
  • Organizer: 第46回 日本神経科学会
• [Presentation] In-resin CLEMと３D-EMによる小脳核のシナプス前終末におけるαシヌクレイン局在シナプス小胞プールの超微形態解析 (2023)
  • Author(s): 鈴木ちぐれ、山口隼司、眞田貴人、三井駿、角田宗一郎、谷田以誠、内山安男
  • Organizer: 第46回 日本神経科学会
• [Presentation] 神経セロイドリポフスチン症モデルマウス脳組織におけるミクログリアのTUNEL陽性構造物とアストロサイトのSQSTM1/ p62陽性構造物の超微形態イメージング (2023)
  • Author(s): 三井駿、山口隼司、鈴木ちぐれ、谷田以誠、内山安男
  • Organizer: 第46回 日本神経科学会
• [Presentation] オートファジー・リソソーム分解系の破綻による神経変性 (2023)
  • Author(s): 谷田以誠
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] In-resin CLEMによるオルガネライメージング (2023)
  • Author(s): 谷田以誠
  • Organizer: 日本顕微鏡学会 第66回シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 細胞・組織の広範囲領域を相関解析する高精度CLEM (2023)
  • Author(s): 谷田以誠
  • Organizer: 第39回日本毒性病理学会総会及び学術集会 シンポジウム『病理所見解釈に向けた新たなアプローチ』
  • Invited
• [Presentation] 近接依存性標識法によるIn-resin CLEMの高感度化 (2023)
  • Author(s): 谷田以誠、眞田貴人、三井 駿、山口隼司、鈴木ちぐれ、内山安男
  • Organizer: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会 シンポジウム「電顕技術の深化によるオルガネライメージングの新たな挑戦」
• [Presentation] シナプス前終末におけるαシヌクレインが局在する構造体の3次元電子顕微鏡解析 (2023)
  • Author(s): 鈴木ちぐれ、山口隼司、真田貴人、三井駿、角田宗一郎、谷田以誠、内山安男
  • Organizer: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] カテプシンD欠損マウス神経細胞内に蓄積する異常リソソームを標的とした選択的オートファジーの解析 (2023)
  • Author(s): 山口隼司、三井駿、鈴木ちぐれ、角田宗一郎、眞田貴人、谷田以誠、内山安男
  • Organizer: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] 神経セロイドリポフスチン症モデルマウス脳におけるグリア細胞のImmuno-in-resin CLEMによる超微形態像の解析 (2023)
  • Author(s): 三井駿、山口隼司、鈴木ちぐれ、谷田以誠、内山安男
  • Organizer: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] ビオチン化酵素(miniTurbo)をもちいたIn-resin CLEM (2023)
  • Author(s): 眞田貴人、山口隼司、古田陽子、角田宗一郎、内山安男、谷田以誠
  • Organizer: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会2023.03.20
• [Presentation] In-resin CLEMへの新規アプローチと中枢神経組織への応用 (2022)
  • Author(s): 谷田以誠
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会 フォーラム「電顕によるオルガネライメージングのニューエッジ」
• [Presentation] Immune-in-resin CLEMによる神経セロイドリポフスチン症モデルマウス脳組織のグリア細胞の超微形態イメージング (2022)
  • Author(s): 三井 駿、山口 隼司、鈴木 ちぐれ、谷田 以誠、内山 安男
  • Organizer: NEURO2022
• [Remarks] 順天堂大学 大学院医学研究科 老人性疾患病態研究センター 神経疾患病態構造学
  • URL: https://research-center.juntendo.ac.jp/rojinsei_shikkan/research/r1/
• [Remarks] 最新技術で中枢神経系細胞の異常な超微形態変化が明らかに ～多くの病因解明への応用に期待～
  • URL: https://www.juntendo.ac.jp/news/15312.html
• [Remarks] 内在性タンパク質を高精度光線‐電子相関顕微鏡法で解析可能に
  • URL: https://www.juntendo.ac.jp/news/14865.html
• [Remarks] カテプシンD欠損が中枢神経組織に与える影響を解明
  • URL: https://www.juntendo.ac.jp/news/00562.html
• [Remarks] 高精度光線-電子相関顕微鏡法の高感度化・長期安定化に成功
  • URL: https://www.juntendo.ac.jp/news/00566.html