Ca2+透過性AMPA受容体過剰発現による緩徐な運動ニューロン死の分子病態解析

• Project Area: Generation of synapse-neurocircuit pathology
• Project/Area Number: 25110709
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 郭 伸 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 研究員 (40160981)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2014: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2013: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 脳神経疾患 / 神経科学 / 脳・神経 / カルシウム / AMPA受容体 / 神経変性疾患 / 核 / 神経細胞死

Outline of Annual Research Achievements

孤発性ALSの分子病態モデルであるAR2マウス運動ニューロンに観察される異常な核内空泡形成には、運動ニューロンへのCa2+の流入増加が主要な役割を果たしていると考えられるため、以下の検討を行った。
細胞質のCa2+濃度上昇が核の形態異常を引き起こすには細胞質と核質の物質輸送を制御する核膜孔複合体（NPC）の異常が関與していると考えられる。また、AR2マウス運動ニューロンでは細胞質のCa2+濃度上昇に伴い、Ca2+依存性プロテアーゼであるカルパインが活性化することが分かっている。
NPCに構造的な変化が起きているか如何かをNPCを構成する分子である各種nucleoporin (NUP)に対する特異抗体で免疫組織化学的に検討した。NCPを校正する主要なNUPであるNUP62, 88, 153タンパクの免疫活性が、AR2マウスのADAR2を缺損した運動ニューロンでは消失していた。これに対し、同一切片上のADAR2 を発現する運動ニューロンには、野生型マウス運動ニューロンと同様に、鮮明な免疫活性を呈していた。
次に、NUP62, 88, 153蛋白がカルパインにより切断されるかどうかを検討した。何れのNUPも特異的にカルパインによる切断を受けることが明らかになり、AMPA受容体からのCa2+流入に伴い活性化したカルパインがNUPを断片化することによりNPCの機能異常を引き起こしていることが考察される。
孤発性ALS患者剖検脊髄の検討から、運動ニューロンでは一部のNUPに染色性の異常が報告されており、本研究の結果は、AR2マウスが孤発性ALSの分子病態の解明に有用である更なる証左を与えたと考えられる。したがって、孤発性ALSの病因には、ADAR2 の発現低下に依り引き起こされる細胞死カスケードは、Ca2+シグナリング調節機構の破綻に伴う様々な分子異常であることを強く示唆する。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Unique nuclear vacuoles in the motor neurons of conditional ADAR2-knockout mice (2014)
  • Author(s): Sasaki S, Yamashita T, Hideyama T, Kwak S
  • Journal Title: Brain Research Volume: 1550 Pages: 36-46
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2014.01.006
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Y Actigraph Evaluation of Acupuncture for Treating Restless Legs Syndrome (2014)
  • Author(s): Pan W, Wang M, Li M, Wang Q, Kwak S, Jiang W, Yamamoto
  • Journal Title: Evid Based Complement Alternat Med Volume: 2015 Pages: 343201-343201
  • DOI: 10.1155/2015/343201
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Y: Shen-zhi-ling oral liquid improves behavioral and psychological symptoms of dementia in Alzheimer's disease (2014)
  • Author(s): Pan W, Wang Q, Kwak S, Song Y, Qin B, Wang M, Yamamoto
  • Journal Title: Evid Based Complement Alternat Med Volume: 2015 Issue: 1 Pages: 913687-913687
  • DOI: 10.1155/2014/913687
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantitative evaluation of the use of actigraphy for neurological and psychiatric disorders (2014)
  • Author(s): Pan W, Song Y, Kwak S, Yoshida S, Yamamoto Y
  • Journal Title: Behav Neurol Volume: 2014 Pages: 897282-897282
  • DOI: 10.1155/2014/897282
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The molecular link between inefficient GluA2 Q/R site-RNA editing and TDP-43 pathology in motor neurons of sporadic amyotrophic lateral sclerosis patients. (2014)
  • Author(s): Yamashita, T., and Kwak, S.
  • Journal Title: Brain Res. Volume: in press. Pages: 28-38
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2013.12.011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] TDP-43病理形成メカニズム (2014)
  • Author(s): 山下雄也, ＊郭 伸
  • Journal Title: Dementia Japan Volume: 28 Pages: 307-318
• [Journal Article] TDP-43病理形成メカニズムにおけるTDP-43のカルパイン依存性断片化の意義 (2014)
  • Author(s): 山下雄也, ＊郭 伸
  • Journal Title: 臨床神経 Volume: 54 Pages: 1151-1154
  • NAID: 130004921169
• [Journal Article] Genetic and epigenetic studies of amhyotrophic lateral sclerosis. (2013)
  • Author(s): Al-Chalabi, A., Kwak, S., Mehler, M., Rouleau, G., Siddique, T., Strong, M., Leigh, PN.
  • Journal Title: Amyotroph Lateral Scler Frontotemporal Degener Volume: 14 Issue: sup1 Pages: 44-52
  • DOI: 10.3109/21678421.2013.778571
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Actigraphy monitoring of symptoms in patients with Parkinson’s disease. (2013)
  • Author(s): Pan, W., Kwak, S., Lu, Y., Fuzhong, L., Chunlan, W., Chen, Y., Yamamoto, Y., Cai, Dingfang.
  • Journal Title: Physiol. Behav. Volume: 119 Pages: 156-160
  • DOI: 10.1016/j.physbeh.2013.05.044
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rescue of amyotrophic lateral sclerosis phenotype in a mouse model by intravenous AAV9-ADAR2 delivery to motor neurons (2013)
  • Author(s): Yamashita T, Chai HL, Teramoto S, Tsuji S, Shimazaki K, Muramatsu S, Kwak S
  • Journal Title: EMBO Mol Med Volume: 5(11) Issue: 11 Pages: 1710-1719
  • DOI: 10.1002/emmm.201302935
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A unique mouse model for investigating the properties of amyotrophic lateral sclerosis-associated protein TDP-43, by in utero electroporation. (2013)
  • Author(s): Akamatsu, M., Takuma, H., Yamashita, T., Okada, T., Keino-Masu, K., Ishii, K., Kwak, S., Masu, M., and Tamaoka, A.
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 77 Issue: 4 Pages: 234-241
  • DOI: 10.1016/j.neures.2013.09.009
  • NAID: 120007130577
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Therapeutic effect of Yang-Xue-Qing-Nao granules on sleep dysfunction in Parkinson’s disease. (2013)
  • Author(s): Pan, W., Kwak, S., Li G, Chen Y., Cai, D.
  • Journal Title: Chinese Med. Volume: 8 Issue: 1 Pages: 14-14
  • DOI: 10.1186/1749-8546-8-14
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 孤発性ALSの分子病態解析に基づいた治療法の開発 (2015)
  • Author(s): 郭 伸
  • Organizer: 京都大学iPS細胞研究所セミナー
  • Place of Presentation: 京都大学, 京都
  • Year and Date: 2015-01-23
• [Presentation] ADAR2-downregulation, a pathogenesis of ALS and a target for therapy (2014)
  • Author(s): Kwak S
  • Organizer: Workshop “RNA editing-from genomic prediction to function
  • Place of Presentation: Ein Gedi, Israel
  • Year and Date: 2014-12-07 – 2014-12-10
• [Presentation] Gene therapy for sporadic ALS using an intravenous injection of AAV vector (2014)
  • Author(s): Yamashita T, Chai HL, Teramoto S, Muramatsu S, Kwak S
  • Organizer: The 25th International Symposium on MND/ALS
  • Place of Presentation: Brussels, Belgium
  • Year and Date: 2014-12-05 – 2014-12-07
• [Presentation] Mechanism-based gene therapy for ALS using sporadic ALS model mice (2014)
  • Author(s): Yamashita T, Chai HL, Teramoto S, Tsuji S, Shimazaki K, Muramatsu S-I, Kwak S
  • Organizer: The 45th Annual Meeting Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Washington DC, USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] AAV-ADAR2によるALSの遺伝子治療 (2014)
  • Author(s): 郭 伸
  • Organizer: シンポジウム「AAVベクターを応用した神経・精神疾患の病態解明第36回日本生物学的精神医学会第57回日本神経化学会大会
  • Place of Presentation: 奈良文化会館, 奈良
  • Year and Date: 2014-09-29 – 2014-10-01
• [Presentation] Electron microscopic observation of intranuclear aggregation of TDP-43 in mouse cerebral cortex produced by in utero electroporation (2014)
  • Author(s): Akamatsu M, Takuma H, Yamashita T, Okada T, Masu-Keino K, Oehring H, Kwak S, Masu M, Jirikowski FG
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会Neuro2014
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜, 横浜
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 孤発性ALSモデルマウスを用いたALSの遺伝子治療法開発の試み (2014)
  • Author(s): 山下雄也, 蔡 慧玲, 寺本さやか, 辻 省次, 島崎久仁子, 村松慎一, 郭 伸
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会Neuro2014
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜, 横浜
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] ペランパネルはALSモデルマウス運動ニューロンのTDP-43病理を軽減する (2014)
  • Author(s): 蔡 慧玲, 郭 伸, 山下雄也
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会Neuro2014
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜, 横浜
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 分子病態モデルマウスを用いた筋萎縮性側索硬化症の遺伝子治療法開発 (2014)
  • Author(s): 郭 伸
  • Organizer: 第5回東京ALSフォーラム,
  • Place of Presentation: シェラトン都ホテル東京, 東京
  • Year and Date: 2014-08-23
• [Presentation] ALS 治療への展望 (2014)
  • Author(s): 郭 伸
  • Organizer: 第12回神経難病とケアを考える会
  • Place of Presentation: エーザイホール, 東京
  • Year and Date: 2014-06-28
  • Invited
• [Presentation] Development of a gene therapy for sporadic ALS by normalizing ADAR2 activity in the motor neurons using a vascular type AAV vector (2014)
  • Author(s): Kwak S, Yamashita T, Chai HL, Teramoto S, Muramatsu S-I
  • Organizer: The 24th Meeting of the European Neurological Society
  • Place of Presentation: Istanbul, Turkey
  • Year and Date: 2014-05-31 – 2014-06-03
• [Presentation] 分子病態に基づいた孤発性ALSの遺伝子治療法の開発 (2014)
  • Author(s): 郭 伸, 山下雄也, 蔡 慧玲, 寺本さやか, 辻省次, 島崎久仁子, 村松愼一
  • Organizer: 第55回日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場, 福岡
  • Year and Date: 2014-05-21 – 2014-05-24
• [Presentation] 子宮内電気穿孔法TDP-43遺伝子導入によるin vivo形成封入体の微細形態の検討 (2014)
  • Author(s): 詫間 浩, 赤松 恵, 山下雄也, Hartmut Oehring, 岡田拓也, 枡 和子, 石井一弘, Gustav Jirikowsk, 郭 伸, 枡 正幸, 玉岡 晃
  • Organizer: 第55回日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場, 福岡
  • Year and Date: 2014-05-21 – 2014-05-24
• [Presentation] AMPA受容体サブユニットGluA2のQ/R部位RNA編集率に対する薬剤の効果 (2014)
  • Author(s): 澤田 潤, 相澤仁志, 浅野目明日香, 高橋佳恵, 斎藤 司, 片山隆行, 山下雄也, 郭 伸, 長谷部直幸
  • Organizer: 第55回日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場, 福岡
  • Year and Date: 2014-05-21 – 2014-05-24
• [Presentation] 筋炎と悪性腫瘍との関連に関する疫学的検討 (2014)
  • Author(s): 肥田あゆみ, 井上真奈美, 前田明子, 山下雄也, 郭 伸、辻 省次, 清水 潤
  • Organizer: 第55回日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場, 福岡
  • Year and Date: 2014-05-21 – 2014-05-24
• [Presentation] TDP-43病理形成メカニズムにおけるTDP-43のカルパイン依存性断片化の意義 (2014)
  • Author(s): 山下雄也, 郭 伸
  • Organizer: シンポジウム「TDP43の新展開」第55回日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場, 福岡
  • Year and Date: 2014-05-21 – 2014-05-24
• [Presentation] A step for mechanism-based ALS therapy. (2014)
  • Author(s): Kwak, S.
  • Organizer: International symposium “New Frontier of Molecular Neuropathology 2014” CREST-新学術共催国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京、日本
  • Invited
• [Presentation] Molecular mechanism generating TDP-43 pathology in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) motor neurones. (2013)
  • Author(s): Kwak, S., Yamashita, T., Hideyama, T., Teramoto, S.
  • Organizer: The 23rd Meeting of the European Neurological Society.
  • Place of Presentation: Balcerona, Spain
• [Presentation] AMPA receptor-mediated activation of calpain triggers TDP-43 pathology in ALS by cleaving TDP-43 into aggregation-prone fragments. (2013)
  • Author(s): Kwak, S.
  • Organizer: GRC Calcium signaling
  • Place of Presentation: Lucca, Italy
• [Presentation] Calpain cleavage of TDP-43 in amyotrophic lateral sclerosis. Biology of Clpains in Health and Disease. (2013)
  • Author(s): Kwak, S.
  • Organizer: Science Research Conferences FASEB
  • Place of Presentation: Saxtons River, Vermont, USA
  • Invited
• [Presentation] ADAR2-dependent death and TDP-43 mislocalization in motor neurons. (2013)
  • Author(s): Kwak, S., Yamashita. T., Teramoto, S., Chai, HL.
  • Organizer: 8th Brain Research conference “RNA binding proteins in neurological disease” San Diego
  • Place of Presentation: San Diego,USA
• [Presentation] Calpain-dependent cleavage of TDP-43 plays a crucial role in ALS pathology. (2013)
  • Author(s): Yamashita, T., Hideyama, T., Teramoto, S., Takano, J., Iwata, N., Saido, TC., Kwak, S.
  • Organizer: 8th Brain Research conference “RNA binding proteins in neurological disease” San Diego,
  • Place of Presentation: San Diego,USA
• [Presentation] Calpain-dependent cleavage of TDP-43 plays a crucial role in ALS pathology. (2013)
  • Author(s): Yamashita, T., Hideyama, T., Teramoto, S., Takano, J., Iwata, N., Saido, TC., Kwak, S.
  • Organizer: The 44th Annual Meeting Society for Neuroscience San Diego
  • Place of Presentation: San Diego,USA
• [Presentation] AMPA受容体サブユニットGluA2のQ/R 部位RNA編集率に対する薬剤の効果 (2013)
  • Author(s): 澤田準、相澤仁志、淺野目明日香、高橋佳恵、斉藤司、片山隆行、長谷部直幸、山下雄也、郭 伸
  • Organizer: 第54回日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 東京、日本
• [Presentation] マウス胎仔電気穿孔法によるin vivo TDP-43遺伝子導入と封入体形成の検討 (2013)
  • Author(s): 詫間浩、赤松恵、山下雄也，岡田拓也、石井一弘、桝和子、郭 伸、桝正幸、玉岡晃
  • Organizer: 第54回日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 東京、日本
• [Presentation] ClapainがALSのTDP-43病理形成に重要な役割を果たす (2013)
  • Author(s): 山下雄也、日出山拓人、寺本さやか、高野二郎、岩田修永、西道隆臣、郭 伸
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会Neuro2013
  • Place of Presentation: 京都、日本
• [Presentation] ClapainがALSのTDP-43病理形成に果たす役割 (2013)
  • Author(s): 山下雄也、日出山拓人、寺本さやか、高野二郎、岩田修永、西道隆臣、郭 伸
  • Organizer: 第35回神経組織培養研究会
  • Place of Presentation: 大阪、日本
• [Presentation] 「カルシウム透過性AMPA受容体の発現が運動ニューロン死を引き起こす分子メカニズムの解明 (2013)
  • Author(s): 郭 伸、山下雄也、佐々木彰一
  • Organizer: 包括脳ネットワーク「夏のワークショップ」
  • Place of Presentation: 名古屋、日本
• [Presentation] ClapainがALSのTDP-43病理形成に重要な役割を果たす (2013)
  • Author(s): 山下雄也、日出山拓人、寺本さやか、高野二郎、岩田修永、西道隆臣、郭 伸
  • Organizer: 包括脳ネットワーク「夏のワークショップ」
  • Place of Presentation: 名古屋、日本
• [Book] 医学の歩み (2013)
  • Author(s): 山下雄也、郭 伸
  • Total Pages: 9
  • Publisher: 医歯薬出版
• [Book] ALS・運動ニューロン疾患、シリーズ＜アクチュアル脳・神経疾患の臨床＞ (2013)
  • Author(s): 郭 伸
  • Total Pages: 10
  • Publisher: 中山書店
• [Book] 筋萎縮性側索硬化症診療ガイドライン2013 (2013)
  • Author(s): 「筋萎縮性側索硬化症ガイドライン」作成委員会
  • Total Pages: 210
  • Publisher: 南江堂
• [Remarks] 東京大学大学院医学系研究科 疾患生命工学センター 臨床医工学部門 郭 研究室
  • URL: http://square.umin.ac.jp/teamkwak/news.html
• [Remarks] 東京大学大学院医学系研究科 疾患生命工学センター 臨床医工学部門 郭研究室
  • URL: http://square.umin.ac.jp/teamkwak