ALSと脊髄小脳変性症に共通した発症病態の解明

• Project Area: Generation of synapse-neurocircuit pathology
• Project/Area Number: 25110719
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 河原 行郎 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (80542563)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2014: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2013: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 脳神経疾患 / RNA / 筋萎縮性側索硬化症 / 脊髄小脳変性症 / 痴呆 / 遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

SCA2型は、Ataxin-2遺伝子のCAGリピート(ポリグルタミン鎖)異常伸長が原因であるが、最近になって本リピートの中等度伸長が、ALSの発症を有意に高めることが判明し、Ataxin-2の機能破綻が、両疾患に共通した神経変性機構の根底にあると考えられる。しかしながら、Ataxin-2の生理的機能は依然として不明であった。Ataxin-2は、RNAプロセッシングに関与するlike-Sm (LSm)タンパク質ファミリーに属し、poly(A)鎖結合タンパク質PABPC1と直接結合する。このため本研究は、Ataxin-2の生理的機能を同定し、これを基盤として神経変性疾患に共通した発症メカニズムを解明することを目的として開始した。まず、培養細胞を用いてAtaxin-2の安定発現細胞株を樹立し、Ataxin-2に結合するRNAを回収するため、PAR-CLIP法を適用した。その結果、何らかのRNAがPABPC1非依存的にAtaxin-2に直接結合していることが分かった。このため、これを鋳型にしてcDNAライブラリーを作成し、網羅的シーケンスを行った。その結果、Ataxin-2は、mRNAの3’非翻訳領域に存在するウリジンに富んだ配列 (U-rich element)を認識することを発見した。これらの配列の中には、mRNAの安定性を規定することがよく知られているAU-rich elementも含まれていた。このため、Ataxin-2もmRNAの安定性を制御していると考えられたため、Ataxin-2の発現を抑制または過剰にした後、全遺伝子の発現量の変動を解析した。その結果、Ataxin-2は、標的mRNAの安定化を促進し、その結果タンパク質の発現量を増加させることが分かった。この機能を発揮するには、Ataxin-2が標的mRNAに直接結合することが必要不可欠であった。また、神経変性と関連するAtaxin-2中のポリグルタミン（PolyQ）鎖異常伸長は、本機能を減弱させることが分かり、標的遺伝子の発現調節能を低下させることが、神経変性の一因になっている可能性が考えられた。

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] The cleavage pattern of TDP-43 determines its rate of clearance and cytotoxicity. (2015)
  • Author(s): Li, Q., Yokoshi, M., Okada, H., Kawahara, Y.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 6 Issue: 1 Pages: 6183-6183
  • DOI: 10.1038/ncomms7183
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cross-Linking and Immunopresipitation of Nuclear RNA-Binding Proteins (2015)
  • Author(s): Li,Q., Uemura,Y., Kawahara,Y.
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 1262 Pages: 247-263
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-2253-6_15
  • ISBN: 9781493922529, 9781493922536
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] RNA代謝異常を介した神経変性疾患の発症病態 (2015)
  • Author(s): 余越萌, 河原行郎
  • Journal Title: ファルマシア Volume: 51(1) Pages: 37-41
  • NAID: 130007447862
• [Journal Article] Direct binding of Ataxin-2 to distinct elements in 3' UTRs promotes mRNA stability and protein expression. (2014)
  • Author(s): Yokoshi, M., Li, Q., Yamamoto, M., Okada, H., Suzuki, Y., and Kawahara, Y.
  • Journal Title: Molecular cell Volume: 55 Issue: 2 Pages: 186-198
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2014.05.022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 神経変性疾患関連タンパク質Ataxin-2は3’非翻訳領域にある特定の配列に直接結合することによって、mRNAの安定性を促進しタンパク質発現を増加させる (2014)
  • Author(s): 余越萌, 河原行郎
  • Journal Title: 新着論文レビュー Volume: e9044
• [Journal Article] RNA代謝と神経変性 (2014)
  • Author(s): 植村有里, 河原行郎
  • Journal Title: Brain Medical Volume: 26(3) Pages: 209-215
• [Journal Article] RNA疾患研究の新展開 (2014)
  • Author(s): 河原行郎, 塩見美喜子
  • Journal Title: Medical Science Digest Volume: 40(7) Pages: 324-325
• [Journal Article] Human diseases caused by germline and somatic abnormalities in microRNA and microRNA-related genes. (2014)
  • Author(s): Kawahara, Y
  • Journal Title: Congenital Anomalies Volume: 54 Issue: 1 Pages: 12-21
  • DOI: 10.1111/cga.12043
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ノンコーディングRNAと神経変性疾患 (2013)
  • Author(s): 河原 行郎
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 247 Pages: 421-426
• [Journal Article] 筋萎縮性側索硬化症とRNA結合タンパク質 (2013)
  • Author(s): 河原 行郎
  • Journal Title: 領域融合レビュー Volume: e010 Pages: 1-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] microRNAの修飾とその機能 (2013)
  • Author(s): 余越 萌、河原 行郎
  • Journal Title: 実験医学（増刊） Volume: 31 Pages: 1124-1131
• [Presentation] Ataxin-2 stabilizes mRNA through the direct binding to the distinct motifs in 3’UTRs. (2015)
  • Author(s): Yamamoto, M., Yokoshi, M., Li, Q., Okada, H., Suzuki, Y., Kawahara, Y
  • Organizer: NCI Symposium “RNA Biology 2015”
  • Place of Presentation: Bethesda, MA, USA
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-12
• [Presentation] 複数の神経変性疾患に関与するAtaxin-2の生理的・病理的役割について (2014)
  • Author(s): 余越 萌、李 全、山本 宗隆、河原 行郎
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜 神奈川
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Ataxin-2 promotes the stability of mRNA through the direct binding to the distinct motifs. (2014)
  • Author(s): Yokoshi, M., Li, Q., Yamamoto, M., Okada, H., Suzuki, Y., *Kawahara, Y
  • Organizer: Joint Australia and Japan RNA Meeting 2014
  • Place of Presentation: Sydney, Australia
  • Year and Date: 2014-11-02 – 2014-11-05
• [Presentation] Ataxin-2 promotes the stability of mRNA through the direct binding to the distinct motifs. (2014)
  • Author(s): Yokoshi, M., Li, Q., Yamamoto, M., Okada, H., Suzuki, Y., Kawahara, Y
  • Organizer: EMBL Symposium “Complex Life of mRNA”
  • Place of Presentation: Heidelberg, Germany
  • Year and Date: 2014-10-05 – 2014-10-08
• [Presentation] Elucidation of Ataxin-2-mediated regulation of RNA metabolism (2014)
  • Author(s): Kawahara, Y
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜 神奈川
  • Year and Date: 2014-09-11
  • Invited
• [Presentation] 神経変性疾患関連タンパク質Ataxin-2によるmRNA安定化機構の解明 (2014)
  • Author(s): 余越 萌、李 全、山本 宗隆、河原 行郎
  • Organizer: 第16回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋 愛知
  • Year and Date: 2014-07-23 – 2014-07-25
• [Presentation] Ataxin-2の生理的機能とpolyQ鎖伸長の病的意義について (2014)
  • Author(s): 河原 行郎
  • Organizer: 第16回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋 愛知
  • Year and Date: 2014-07-23
  • Invited
• [Presentation] RNA binding proteins involved in neurodegeneration (2014)
  • Author(s): Kawahara, Y
  • Organizer: 第12回日本プロテオーム学会年会
  • Place of Presentation: 筑波 茨城
  • Year and Date: 2014-06-18
  • Invited
• [Presentation] Identification of common targets of TDP-43 and FUS by PAR-CLIP. (2014)
  • Author(s): 1. Li, Q., Yamamoto, M., Yokoshi, M., Suzuki, Y., Kawahara Y.
  • Organizer: New Frontier of Molecular Neruopathology 2014
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] Toward a comprehensive analysis of Ataxin-2 functions for the understanding of a common mechanism underlying neurodegeneration (2014)
  • Author(s): Kawahara, Y
  • Organizer: 第91回日本生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島
  • Invited
• [Presentation] PAR-CLIP法を用いたTDP-43とFUSに共通するターゲットの同定 (2013)
  • Author(s): 山本 宗隆、李 全、鈴木 穣、河原 行郎
  • Organizer: 第15回RNAミーティング
  • Place of Presentation: 愛媛
• [Presentation] Comprehensive analysis of the roles of TDP-43 and FUS in RNA processing (2013)
  • Author(s): 2. Li, Q., Yamamoto, M., Seno, S., Matsuda, H., Suzuki, Y., Kawahara Y.
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] Toward a comprehensive functional analysis of Ataxin-2 for the understanding of a common mechanism underlying neurodegeneration (2013)
  • Author(s): Kawahara, Y
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Invited
• [Book] Post-transcriptional gene regulation: RNA processing in eukaryotes. (2013)
  • Author(s): 2. Valente, L., Kawahara, Y., Zinshteyn, B., Iizasa, H., Nishikura, K.
  • Total Pages: 42
  • Publisher: Wiley-VCH book
• [Remarks] Ataxin-2は、mRNAの安定性を促進しタンパク質発現を増加させる
  • URL: http://www.med.osaka-u.ac.jp/jpn/activities/results/2014/003.html
• [Remarks] ALS等の発症の鍵を握る蛋白質Ataxin-2の機能を特定
  • URL: http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2014/20140620_1
• [Remarks] 大阪大学大学院医学系研究科遺伝子機能制御学教室研究成果
  • URL: http://www.med.osaka-u.ac.jp/pub/rna/publications.html