神経細胞内鉄代謝障害に基づく筋萎縮性側索硬化症の病態解明

• Project Area: Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System
• Project/Area Number: 22H04811
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 長野 清一 大阪大学, 大学院医学系研究科, 寄附講座教授 (40362727)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 筋萎縮性側索硬化症 / フェリチン / 鉄代謝

Outline of Research at the Start

筋萎縮性側索硬化症（ALS）では神経細胞でのRNA結合蛋白質TDP-43の異常沈着がみられる。我々はTDP-43による神経軸索へのmRNA輸送機能の障害がALSの病態に関連すると考え、神経細胞区画培養での解析によりその輸送標的mRNAとしてフェリチン重鎖（Fth）を同定した。
一方ALSでは髄液中鉄濃度の上昇や血液中フェリチン量と生存期間との相関など鉄動態異常が知られている。
そこで本研究では、神経細胞でのTDP-43の局在変化に伴うフェリチン重鎖mRNAの軸索輸送障害と鉄動態異常との関連を解析し、患者の生体試料、画像検査でその妥当性を検証してALS病態への関与、新たな診断法への応用可能性を探る。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、筋萎縮性側索硬化症（ALS）の原因タンパク質であるTDP-43の神経細胞での発現変化に伴うフェリチン重鎖（Fth）mRNAの軸索内輸送障害とフェリチン、鉄の細胞内動態異常との関連を明らかにするとともに、ALS患者での鉄、フェリチン代謝異常を検証してその病態への関与を明らかにし、新たな治療法への応用を図る。本年度は以下の研究を行った。
①TDP-43によるフェリチン重鎖mRNA輸送機構の解析
軸索でのTDP-43によるFth mRNAの輸送動態をバクテリオファージ蛋白質MS2を用いたRNA可視化システムにより検証した。コード配列部分のみのFth mRNAの軸索でのmCherry付加TDP-43との共局在の程度は陰性コントロールと差がなかったが、5’非翻訳領域もしくは3’非翻訳領域をコード配列に付加したFth mRNAは有意に軸索でのmCherry付加TDP-43との共局在の程度が高かった。このことはTDP-43によるFth mRNAの軸索への輸送には同mRNAの5’および3’非翻訳領域が重要な役割を持つことを示唆している。
②TDP-43による神経細胞内鉄代謝動態の解析
昨年度のFe2+の検出と同様にして活性酸素種の蛍光検出試薬を用いて染色したところ、TDP-43の発現低下に伴い神経細胞全体での活性酸素種の増加がみられた。これらの結果よりTDP-43の発現低下による軸索でのFth量の減少が神経細胞でFe2+の増加を介したFenton反応により、酸化ストレスを亢進させている可能性が考えられた。さらにTDP-43発現低下神経細胞ではLDHアッセイによる細胞死の亢進、断片化カスパーゼ3量の増加によるにアポトーシスの亢進がみられ、酸化ストレスを介した細胞障害を反映しているものと考えられた。

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] Dysregulation of stress granule dynamics by DCTN1 deficiency exacerbates TDP-43 pathology in Drosophila models of ALS/FTD. (2024)
  • Author(s): Ueda T, Takeuchi T, Fujikake N, Suzuki M, Minakawa EN, Ueyama M, Fujino Y, Kimura N, Nagano S, Yokoseki A, Onodera O, Mochizuki H, Mizuno T, Wada K, Nagai Y.
  • Journal Title: Acta Neuropathol Commun Volume: 12 Issue: 1 Pages: 20-20
  • DOI: 10.1186/s40478-024-01729-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lysophagy protects against propagation of α-synuclein aggregation through ruptured lysosomal vesicles (2023)
  • Author(s): Kakuda Keita、Ikenaka Kensuke、Kuma Akiko、Doi Junko、Aguirre Cesar、Wang Nan、Ajiki Takahiro、Choong Chi-Jing、Kimura Yasuyoshi、Badawy Shaymaa Mohamed Mohamed、Shima Takayuki、Nakamura Shuhei、Baba Kousuke、Nagano Seiichi、Nagai Yoshitaka、Yoshimori Tamotsu、Mochizuki Hideki
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 121 Issue: 1
  • DOI: 10.1073/pnas.2312306120
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RGMa collapses the neuronal actin barrier against disease-implicated protein and exacerbates ALS. (2023)
  • Author(s): Shimizu M, Shiraishi N, Tada S, Sasaki T, Beck G, Nagano S, Kinoshita M, Sumi H, Sugimoto T, Ishida Y, Koda T, Ishikura T, Sugiyama Y, Kihara K, Kanakura M, Nakajima T, Takeda S, Takahashi MP, Yamashita T, Okuno T, Mochizuki H.
  • Journal Title: Sci Adv Volume: 9 Issue: 47 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1126/sciadv.adg3193
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate interacts with alpha-synuclein and initiates its aggregation and formation of Parkinson’s disease-related fibril polymorphism (2023)
  • Author(s): Choong Chi-Jing、Aguirre Cesar、Kakuda Keita、Beck Goichi、Nakanishi Hiroki、Kimura Yasuyoshi、Shimma Shuichi、Nabekura Kei、Hideshima Makoto、Doi Junko、Yamaguchi Keiichi、et al.
  • Journal Title: Acta Neuropathologica Volume: 145 Issue: 5 Pages: 573-595
  • DOI: 10.1007/s00401-023-02555-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sustained therapeutic benefits by transient reduction of TDP-43 using ENA-modified antisense oligonucleotides in ALS/FTD mice. (2023)
  • Author(s): Takeuchi T., Maeta K., Xin D., Oe Y., Takeda A., Inoue M., Nagano S., Fujihara T., Matsuda S., Ishigaki S., Sahashi K., Minakawa E.N., Mochizuki H., Neya M., Sobue G., *Nagai Y.
  • Journal Title: Mol. Ther. Nucleic Acids Volume: 31 Pages: 353-366
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2023.01.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An Exploratory Trial of EPI-589 in Amyotrophic Lateral Sclerosis (EPIC-ALS): Protocol for a Multicenter, Open-Labeled, 24-Week, Single-Group Study. (2023)
  • Author(s): Haji S, Fujita K, Oki R, Osaki Y, Miyamoto R, Morino H, Nagano S, Atsuta N, Kanazawa Y, Matsumoto Y, Arisawa A, Kawai H, Sato Y, Sakaguchi S, Yagi K, Hamatani T, Kagimura T, Yanagawa H, Mochizuki H, Doyu M, Sobue G, Harada M, Izumi Y.
  • Journal Title: JMIR Res Protoc. Volume: 12 Pages: e42032-e42032
  • DOI: 10.2196/42032
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crosstalk between Oxidatibve Stress and Aging in Neurodegeneration Disorders. (2023)
  • Author(s): Abdelhamid RF, Nagano S.
  • Journal Title: Cells Volume: 12 Issue: 5 Pages: 753-753
  • DOI: 10.3390/cells12050753
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 筋萎縮性側索硬化症におけるmRNA神経軸索輸送を介した局所翻訳機構の役割． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Journal Title: 細胞 Volume: 55 Pages: 858-861
• [Journal Article] 神経変性疾患に対する遺伝子治療の展望． (2023)
  • Author(s): 長野清一，望月秀樹．
  • Journal Title: 実験医学増刊「いま新薬で加速する神経変性疾患研究」 Volume: 41 Pages: 2020-2026
• [Journal Article] 神経変性疾患に対する遺伝子治療の現況． (2023)
  • Author(s): 長野清一，望月秀樹．
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 285 Pages: 435-439
• [Presentation] 神経難病の診断、治療、ケア． (2024)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 阪神北圏域リハビリテーション支援センター研修会
  • Invited
• [Presentation] 筋萎縮性側索硬化症（ALS）の病態と治療． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 豊中市薬剤師会Web研修会
  • Invited
• [Presentation] A case of familial ALS with a novel mutation in the ANXA11 gene. (2023)
  • Author(s): Nagano S, Ogawa K, Sakurai R, Ozono T, Ikenaka K, Mochizuki H.
  • Organizer: 34th International Symposium on ALS/MND
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ALSの遺伝子治療に向けた新たな試み． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 第11回日本難病医療ネットワーク学会学術集会市民公開講座
  • Invited
• [Presentation] 筋萎縮性側索硬化症における生命金属の役割． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] A case of familial ALS with a novel mutation in the ANXA11 gene. (2023)
  • Author(s): Nagano S, Ogawa K, Sakurai R, Ozono T, Ikenaka K, Mochizuki H.
  • Organizer: Pan-Asian Consortium for Treatment and Research in ALS 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 蛋白質翻訳機能の促進による筋萎縮性側索硬化症の新規治療法の開発． (2023)
  • Author(s): 平木友理、長野清一、佐々木勉、福原充子、津中康央、内山進、望月秀樹．
  • Organizer: 第29回日本遺伝子細胞治療学会学術集会
• [Presentation] スフェロイド神経培養におけるCa2+振動に対する塩誘導性キナーゼSIKの影響． (2023)
  • Author(s): 佐々木勉、神吉秀明、河野友裕、池上剛史、西山久美子、久田素、松村成暢、長野清一、望月秀樹．
  • Organizer: 第29回日本遺伝子細胞治療学会学術集会
• [Presentation] ALSの遺伝子治療に向けた新たな試み． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 第29回日本遺伝子細胞治療学会学術集会市民公開講座
  • Invited
• [Presentation] Role of axonal mRNA transport and translational regulation in neurodegenerative diseases. (2023)
  • Author(s): Nagano S.
  • 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合同大会
  • Invited
• [Presentation] 神経変性疾患における酸化ストレスの役割． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 第76回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] パーキンソン病と腸脳相関に関する最新の話題ー慢性便秘症に対する対処法も含めてー． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 脳神経内科における便秘治療を考える会
  • Invited
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: https://sites.google.com/view/uosaka-med-neurother/home/