遅発性小脳失調モデル動物を用いた軸索変性機序の解明

• Project Area: Brain Environment
• Project/Area Number: 26111723
• 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: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: 岡野 ジェイムス洋尚 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (90338020)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000); Fiscal Year 2015: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2014: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 小脳失調 / 神経変性疾患 / RNA結合タンパク質 / 軸索輸送 / 細胞質・軸索間拡散障壁

Outline of Annual Research Achievements

神経特異的RNA結合タンパク質HuCのノックアウト（KO）マウスは正常に発育するが生後７ヶ月になると歩行障害などの運動失調症状を呈する。このマウスの小脳では神経回路が正常に形成されたのちに遅発性にシナプス脱落を伴ったプルキンエ細胞の軸索変性が起こるが、プルキンエ細胞は細胞死に至らない。HuC KOマウス小脳における詳細な電子顕微鏡解析を行った結果、プルキンエ細胞の軸索膨大部に様々な細胞内小器官が蓄積し、細胞質の構成成分が軸索へと流出している所見が観察された。このことから、HuC KOマウスのプルキンエ細胞では軸索輸送の障害に加え、細胞体から軸索に細胞内小器官等の異常流出が生じている可能性が考えられた。通常、ニューロンでは細胞体と軸索の間に拡散障壁（AIS）が形成されており、軸索へ移行できる細胞内小器官やタンパク質は制限されている。HuC KOマウス小脳では、AISの最も重要な構成因子の1つであるAnkyrin-Gの発現量および選択的スプライシングのパターンが有意に変化していた。野生型に比べHuC KO小脳ではexon 34を有する Ankyrin-Gのバリアントが増加しおり、ZU5ドメイン中にexon 34が挿入されることによりSpectrinとの結合親和性に変化が起こっていることが示された。同バリアントは胎生期に多く発現するものの成体脳では極めて少ないため、HuC KO小脳では異時性に”胎仔型Ankyrin-G”が出現していると言える。我々はこれまでにHITS-CLIP法を用いた標的探索によりAnkyrin-GがHuによる選択的スプライシング制御を受けることを明らかにしており（Ince-Dunn G, Okano HJ et al. Neuron 2012）、Huタンパク質の欠失によりAIS機能の低下が起こっている可能性が強く示唆される。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ロックフェラー大学/メイヨークリニック(米国)
• [Journal Article] Analysis of RNA metabolism in peripheral WBCs of TDP-43 KI mice identifies novel biomarkers of ALS. (2015)
  • Author(s): Hasegawa, M.;Hara-Miyauchi, C.;Ohta, H.;Sakimura, K.;Okano, H.;Okano, H. J.
  • Journal Title: Neurosci Res Volume: － Pages: 12-22
  • DOI: 10.1016/j.neures.2015.11.009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Frontotemporal Dementia-associated N279K Tau Mutant Disrupts Subcellular Vesicle Trafficking and Induces Cellular Stress in iPSC-derived Neural Stem Cells. (2015)
  • Author(s): Wren MC, Zhao J, Liu C-C, Murray ME, Atagi Y, Davis MD, Fu Y, Okano HJ, Ogaki K, Strongosky AJ, Tacik P, Rademakers R, Ross OA, Dickson DW, Wszolek ZK, Kanekiyo T, Bu G.

  • Journal Title: Mol Neurodegener. Volume: 10 Issue: 1 Pages: 46-46
  • DOI: 10.1186/s13024-015-0042-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Alternative role of HuD splicing variants in neuronal differentiation. (2015)
  • Author(s): Hayashi S, Yano M, Igarashi M, Okano HJ, Okano H.
  • Journal Title: J Neurosci Res. Volume: 93 Issue: 3 Pages: 399-409
  • DOI: 10.1002/jnr.23496
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cadherin-7 regulates the circuit connectivity of the cerebellar mossy fiber. (2014)
  • Author(s): Kuwako K, Nishimoto Y, Kawase S, Okano HJ, Okano H.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 9 Issue: 1 Pages: 331-323
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.08.063
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ALS/ FTLD model of mutant TDP-43 knock-in mice (2015)
  • Author(s): Hirotaka James Okano, Chikako Hara-Miyauchi, Junko Fujigasaki, Shigemi Itohara, Hideyuki Okano
  • Organizer: 10th Brain Research Conference “RNA Metabolism in Neurological Disease”.
  • Place of Presentation: The Westin Chicago River North, Chicago, USA
  • Year and Date: 2015-10-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of axonal degeneration in HuC KO mice (2015)
  • Author(s): Yuki Ogawa, Robert Darnell, Hideyuki Okano, Hirotaka James Okano
  • Organizer: 10th Brain Research Conference “RNA Metabolism in Neurological Disease”.
  • Place of Presentation: The Westin Chicago River North, Chicago, USA
  • Year and Date: 2015-10-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of axonal degenerative mechanisms in HuC KO mice (2015)
  • Author(s): Yuki Ogawa, Kyoko Kakumoto, Junji Yamaguchi, Tetsu Yoshida, Robert Darnell, Yasuo Uchiyama, Hideyuki Okano, Hirotaka James Okano
  • Organizer: 第38回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター（神戸）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] Impaired axonal transport in Purkinje cells of HuC knockout mice (2014)
  • Author(s): 岡野ジェイムス洋尚
  • Organizer: 米国神経科学会
  • Place of Presentation: Walter E Washington Convention Center, Washington D. C. U.S.A.
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] 小脳プルキンエ細胞におけるHuC依存的軸索輸送機構 (2014)
  • Author(s): 岡野ジェイムス洋尚
  • Organizer: 第３７回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Book] 神経科学の最前線とリハビリテーション 脳の可塑性と運動 (2015)
  • Author(s): 岡野ジェイムス洋尚
  • Total Pages: 272
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社
• [Book] 遺伝子医学 MOOK 26号「脳内環境―維持機構と破綻がもたらす疾患研究」 (2014)
  • Author(s): 岡野ジェイムス洋尚
  • Total Pages: 228
  • Publisher: 株式会社メディカルドゥ