シーディングによる脳内環境の破綻伝播メカニズムの解明

• Project Area: Brain Environment
• Project/Area Number: 24111542
• 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: Keio University
• Principal Investigator: 古川 良明 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (40415287)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000); Fiscal Year 2013: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2012: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
• Keywords: タンパク質 / ミスフォールディング / 神経変性疾患 / アミロイド / 凝集 / 蛋白質

Research Abstract

DNA/RNA結合タンパク質であるFUS（TLS）をコードする遺伝子への変異は、家族性の筋萎縮性側索硬化症の原因として報告されている。さらに、病因性変異はFUSの核内移行シグナルとして機能するC末端領域に数多く同定されており、変異型FUSは細胞質に異常に蓄積することで本来の機能を喪失することが提案されている。しかし、C末端領域以外にも多くの病因性変異が見つかっており、そのような変異型FUSは野生型と同様に核内に局在することから、変異型FUSによるALSの分子病理メカニズムは明らかでない。
そこで、野生型及び各種のALS変異型FUSタンパク質を作製・精製し、その凝集反応を試験管内で比較検討したところ、核内移行シグナルに影響を及ぼさない病因性変異（G156E）はFUSの凝集性を増大させ、アミロイド様の線維を形成することが分かった。また、G156E変異型FUSはヒト神経芽細胞腫SH-SY5Yやラット海馬神経初代培養細胞において、核内で凝集体を形成することを明らかにした。興味深いことに、G156E変異型FUSが核内に凝集体を形成した神経細胞では、MAP2の染色性が低下しており、何らかのダメージを受けていることが示唆された。さらに、G156E変異型FUSが形成する線維はシードとして機能することで、野生型FUSを線維化させることが分かった。実際、核内に形成するG156E変異型FUSの凝集体には、野生型FUSが共局在していることが明らかとなった。
つまり、細胞内局在に影響を及ぼさないアミノ酸変異であっても、FUSの凝集性を増大させる変異が存在することが分かった。そのような変異型FUSが核内で形成する線維状凝集体は、シードとして野生型FUSの線維化を促進することができ、FUSの生理機能を「雪だるま式」に低下させることで、神経細胞死を引き起こすと考えられた。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Intranuclear aggregation of mutant FUS/TLS as a molecular pathomechanism of amyotrophic lateral sclerosis (2014)
  • Author(s): Nomura, T., Watanabe, S., Kaneko, K., Yamanaka, K., Nukina, N. & Furukawa, Y.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 289 Issue: 2 Pages: 1192-1202
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.516492
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A seeded propagation of Cu,Zn-superoxide dismutase aggregates in amyotrophic lateral sclerosis (2014)
  • Author(s): Mariko Ogawa and Yoshiaki Furukawa
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience Volume: 8 Pages: 1-5
  • DOI: 10.3389/fncel.2014.00083
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Redox environment is an intracellular factor to operate distinct pathways for aggregation of Cu,Zn-superoxide dismutase in amyotrophic lateral sclerosis (2013)
  • Author(s): Yoshiaki Furukawa
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience Volume: 7 Pages: 1-9
  • DOI: 10.3389/fncel.2013.00240
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intracellular seeded aggregation of mutant Cu,Zn-superoxide dismutase associated with amyotrophic lateral sclerosis (2013)
  • Author(s): Furukawa, Y., Kaneko, K., Watanabe, S., Yamanaka, K. & Nukina, N.
  • Journal Title: FEBS Lett. Volume: 587 Issue: 16 Pages: 2500-2505
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2013.06.046
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Functional diversity of protein fibrillar aggregates from physiology to RNA granules to neurodegenerative diseases (2013)
  • Author(s): Furukawa, Y. & Nukina, N.
  • Journal Title: Biochim. Biophys. Acta Volume: 1832 Issue: 8 Pages: 1271-1278
  • DOI: 10.1016/j.bbadis.2013.04.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Disulfide scrambling describes the oligomer formation of SOD1 proteins in the familial form of ALS (2013)
  • Author(s): Keisuke Toichi, Koji Yamanaka, and Yoshiaki Furukawa
  • Journal Title: The J ournal of Biological Chemistry Volume: 288巻 Issue: 7 Pages: 4970-4980
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.414235
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Post-aggregation oxidation of mutant huntingtin controls the interactions between aggregates (2012)
  • Author(s): Mitomi, Y.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 287 Issue: 41 Pages: 34764-34775
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.387035
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pathological Roles of Wild-Type Cu,Zn-Superoxide Dismutase in Amyotrophic Lateral Sclerosis (2012)
  • Author(s): Yoshiaki Furukawa
  • Journal Title: Neurology Research International Volume: 2012 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1155/2012/323261
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 筋萎縮性側索硬化症に見られる銅・亜鉛スーパーオキサイドディスムターゼの異常オリゴマー化とその抑制法の開発 (2014)
  • Author(s): 安齋 樹、東一 圭祐、古川 良明
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス
• [Presentation] 銅シャペロンタンパク質による銅・亜鉛スーパーオキシドディスムターゼの新たな活性化制御メカニズム (2013)
  • Author(s): 加藤 紗希、古川 良明
  • Organizer: 日本化学会第９３春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] ジスルフィド結合形成が制御する銅シャペロン蛋白質の特異的な分子認識メカニズム (2013)
  • Author(s): 本田 一起、古川 良明
  • Organizer: 日本化学会第９３春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] 構成論的アプローチによる生体内銅イオン輸送の制御機構解明 (2013)
  • Author(s): 清水 将裕、古川 良明
  • Organizer: 日本化学会第９３春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] ファージディスプレイ法を用いたタンパク質四次構造認識ペプチドの開発 (2013)
  • Author(s): 野村 尚生、古川 良明
  • Organizer: 日本化学会第９３春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] Amyloid-like fibrillation of FUS is triggered by a pathogenic mutation in a familial form of amyotrophic lateral sclerosis (2013)
  • Author(s): 古川 良明、野村 尚生、渡辺 祥司、金子 貢巳、山中 宏二、貫名 信行
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
• [Presentation] 線虫モデルを利用した神経変性疾患における病態伝播のメカニズム解明 (2013)
  • Author(s): 小川 まり子、設樂 久志、岡 浩太郎、古川 良明
  • Organizer: 日本生物物理学会第51回年会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
• [Presentation] FUS/TLSタンパク質の凝集が関与する筋萎縮性側索硬化症の新たな分子病理メカニズム (2013)
  • Author(s): 古川 良明、野村 尚生、渡辺 祥司、金子 貢巳、山中 宏二、貫名 信行
  • Organizer: 日本生物物理学会第51回年会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
• [Presentation] 神経変性疾患における老化の役割を検証する酵母モデルの構築 (2013)
  • Author(s): 西浦 由紘、古川 良明
  • Organizer: 日本生物物理学会第51回年会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
• [Presentation] A new molecular mechanism describing the formation of disulfide cross-linked SOD1 in the familial form of amyotrophic lateral sclerosis (2012)
  • Author(s): Keisuke Toichi, Koji Yamanaka, Yoshiaki Furukawa
  • Organizer: 23rd International Symposium on ALS/MND
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2012-12-05
• [Presentation] Destabilization of SOD1 facilitates abnormal scrambling of its disulfide bond in the familial form of amyotrophic lateral sclerosis (2012)
  • Author(s): 東一 圭祐、古川 良明
  • Organizer: 日本生物物理学会第５０回年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] A mechanism controlling the morphologies of protein aggregates by "post-aggregation oxidation" (2012)
  • Author(s): 三冨 康司、古川 良明
  • Organizer: 日本生物物理学会第５０回年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] Redox environment is an intracellular factor to operate distinct pathways for protein aggregation (2012)
  • Author(s): 古川 良明
  • Organizer: 日本生物物理学会第５０回年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] Oligomerization mechanism of SOD1 regulated by disulfide scrambling in the familial form of ALS (2012)
  • Author(s): 古川 良明、東一 圭祐、山中 宏二
  • Organizer: 第３５回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Book] Bio-Nanoimaging: Insights into Protein Misfolding and Aggregation (2014)
  • Author(s): Yoshiaki Furukawa
  • Total Pages: 10
  • Publisher: Elsevier
• [Book] Bionanoimaging: Insights into Protein Misfolding and Aggregation (2013)
  • Author(s): Yoshiaki Furukawa
  • Publisher: Elsevier
• [Remarks] Furukawa Lab.
  • URL: http://www.chem.keio.ac.jp/~furukawa/index.html
• [Remarks] 古川研究室
  • URL: http://www.chem.keio.ac.jp/~furukawa/index.html