タウのタンパク質老化と毒性機序

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Prevention of brain protein aging and dementia
• Project/Area Number: 26117004
• Research Institution: National Center for Geriatrics and Gerontology
• Principal Investigator: 高島 明彦 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 分子基盤研究部, 部長 (00154774)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久永 眞市 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (20181092) ; 宮坂 知宏 同志社大学, 公私立大学の部局等, 准教授 (90342857) ; 池川 雅哉 同志社大学, 公私立大学の部局等, 教授 (60381943) ; 石垣 診祐 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (40378170)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2019-03-31
• Keywords: タウ / 局在 / リン酸化 / 過活動 / 樹状突起

Outline of Annual Research Achievements

タウ発現マウスにおいて、内在性マウスタウは正常な軸索局在を示すのに対し、外来性ヒトタウでは細胞体、樹状突起に局在することを神経軸索局在についてマウスを用いて調べ、内在性タウタンパク質は生後 1 週齢で発現のピークとなり、その後緩やかに減少すること。また mRNA は生後 1 週齢から 2 週齢の間に減少することを見出した。タウの軸索局在は神経細胞の成熟に伴うmRNAの発現制御がタウタンパク質の軸索局在に重要であると考えられた。
変異タウ発現マウスを用いたphos-tag法によるリン酸化解析では、凝集したタウで過剰リン酸化が確認され、可溶性タウではリン酸化亢進は観察されなかった。このことは過剰リン酸化がタウ凝集の要因となることを示唆している。
タウ凝集阻害剤開発から化合物を得、その作用機序からタウのシステイン基がタウ凝集開始に非常に重要な役割を果たしていることを見出した。さらに、神経変性が起こる時、タウがsomatodendrite局在になる機構について調べたところ、タウmRNAはCamKIIなどのシナプスタンパク質と同様RNPと結合して樹状突起、シナプス領域に存在し、刺激によって樹状突起でタウタンパク質の過剰発現が起こる事を見出した。このことは老化に伴う神経の過興奮がタウのsomatodendrite局在を引き起こし神経細胞死へと導く要因であると考えられた。
この神経過興奮はFUSKDマウスにおいても観察された。FTLDの原因の一つであるFUSのMapt exon10選択的スプライシングによるタウアイソフォーム (3R・4R)比率を制御する。FUS KDマウスにおいて、MnMRI解析を行ったところ、海馬で特異的にMnの取り込みが増強していることを見出した。このことは認知症における過興奮と類似する現象であり、神経脱落が生じる前の月齢で撮像したことを考え合わせると、4Rタウの増大は早期の神経機能障害を反映しているものと考えられた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

タウタンパク質の生理機能と老化に伴う局在変化機構についてはほぼ明らかになってきた。過剰リン酸化とタウ凝集との関係ではリン酸化が凝集に先んじて起こることから過剰リン酸化の必要性を明らかにしている。タウタンパク質のアイソフォームの意義についても神経過興奮の原因となることが示され、当初の目標を達成しつつある。一方、ベータアミロイドからタウにつながる分子を見出すプロジェクトは条件検討に時間を要している。

Strategy for Future Research Activity

２７年度の結果からそれぞれのプロジェクトに関係性が見出されてきており、さらに班内での共同研究を加速し、タウタンパク質の老化機構全体を明らかにしていく予定である。さらに、これに加えて毒性を示すタウ凝集体を見出し、タウによる神経細胞死機構を検討し、明らかにする。ベータアミロイドからタウにつながる分子を見出すプロジェクトは条件検討に時間が掛かり過ぎるようであればプロジェクトの見直しを考える。

Research Products

• [Journal Article] Two degradation pathways of the p35 Cdk5 activation subunit, dependent and independent of ubiquitination. (2016)
  • Author(s): Takasugi T, Minegishi S, Asada A, Saito T, Kawahara H, Hisanaga S.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 291 Pages: 4649-4657
  • DOI: 10.1074/jbc.M115.692871
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Advantages of Structural Equation Modeling to Address the Complexity of Spatial Reference Learning. (2016)
  • Author(s): Moreira PS, Sotiropoulos I, Silva J, Takashima A, Sousa N, Leite-Almeida H, Costa PS.
  • Journal Title: Front Behav Neurosci. Volume: 10 Pages: 18
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2016.00018.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The abundance of nonphosphorylated tau in mouse and human tauopathy brains revealed by the use of Phos-tag method (2016)
  • Author(s): Kimura T, Hatsuta H, Masuda-Suzukake M, Hosokawa M, Ishiguro K, Akiyama H, Murayama S, Hasegawa M, Hisanaga S
  • Journal Title: Am. J. Pathol. Volume: 186 Pages: 398-409
  • DOI: 10.1016/j.ajpath.2015.10.009.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] I2020T mutant LRRK2 iPSC-derived neurons in the Sagamihara family exhibit increased Tau phosphorylation through the AKT/GSK-3β signaling pathway. (2015)
  • Author(s): Ohta E, Nihira T, Uchino A, Imaizumi Y, Okada Y, Akamatsu W, Takahashi K, Hayakawa H, Nagai M, Ohyama M, Ryo M, Ogino M, Murayama S, Takashima A, Nishiyama K, Mizuno Y, Mochizuki H, Obata F, Okano H.
  • Journal Title: Hum Mol Genet. Volume: 24 Pages: 4879-900
  • DOI: 10.1093/hmg/ddv212. Epub 2015 Jun 8.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of key amino acids responsible for the distinct aggregation properties of microtubule-associated protein 2 and tau. (2015)
  • Author(s): Xie C, Soeda Y, Shinzaki Y, In Y, Tomoo K, Ihara Y, Miyasaka T.
  • Journal Title: J Neurochem Volume: 135 Pages: 19-26
  • DOI: 10.1111/jnc.13228. Epub 2015 Aug 26
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Glycogen Synthase Kinase-3β-mediated Phosphorylation in the Most C-terminal Region of Protein Interacting with C Kinase 1 (PICK1) Regulates the Binding of PICK1 to Glutamate Receptor Subunit GluA2. (2015)
  • Author(s): Yagishita S, Murayama M, Ebihara T, Maruyama K, Takashima A.
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 290 Pages: 29438-48
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.619668. Epub 2015 Oct 15.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Toxic tau oligomer formation blocked by capping of cysteine residues with 1,2-dihydroxybenzene groups. (2015)
  • Author(s): Soeda Y, Yoshikawa M, Almeida OF, Sumioka A, Maeda S, Osada H, Kondoh Y, Saito A, Miyasaka T, Kimura T, Suzuki M, Koyama H, Yoshiike Y, Sugimoto H, Ihara Y, and Takashima A.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 6 Pages: 10216
  • DOI: 10.1038/ncomms10216.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] FUS regulates AMPA receptor function and FTLD/ALS-associated behaviour via GluA1 mRNA stabilization. (2015)
  • Author(s): Udagawa, T., Fujioka, Y., Tanaka, M., Honda, D., Yokoi, S., Riku, Y., Ibi, D., Nagai, T., Yamada, K., Watanabe, H., Katsuno, M., Inada, T., Ohno, K., Sokabe, M., Okado, H., *Ishigaki S., and Sobue, G
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 6 Pages: 7098
  • DOI: 10.1038/ncomms8098
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Transcriptional and post-transcriptional regulation of transmembrane protein 132A. (2015)
  • Author(s): Oh-Hashi, K., Sone, A., Hikiji, T., Hirata, Y., Vitiello, M., Fedele, M., Ishigaki S., Sobue, G., and Kiuchi, K.
  • Journal Title: Mol Cell Biochem Volume: 405 Pages: 291-299
  • DOI: 10.1007/s11010-015-2419-x
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Position-specific binding of FUS to nascent RNA regulates mRNA length. (2015)
  • Author(s): Masuda, A., Takeda, J., Okuno, T., Okamoto, T., Ohkawara, B., Ito, M., Ishigaki S., Sobue, G., and Ohno, K.
  • Journal Title: Genes Dev Volume: 29 Pages: 1045-1057
  • DOI: 10.1101/gad.255737.114.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A highly sensitive assay of IRE1 activity using the small luciferase NanoLuc: Evaluation of ALS-related genetic and pathological factors. (2015)
  • Author(s): Hikiji, T., Norisada, J., Hirata, Y., Okuda, K., Nagasawa, H., Ishigaki S., Sobue, G., Kiuchi, K., and Oh-hashi, K.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 463 Pages: 881-887
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.05.132.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Microglial Keratan Sulfate Epitope Elicits in Central Nervous Tissues of Transgenic Model Mice and Patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis. (2015)
  • Author(s): Foyez, T., Takeda-Uchimura, Y., Ishigaki S., Narentuya, Zhang, Z., Sobue, G., Kadomatsu, K., and Uchimura, K.
  • Journal Title: Am J Pathol Volume: 185 Pages: 3053-3065
  • DOI: 10.1016/j.ajpath.2015.07.016.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effects of p35 mutations associated with mental retardation on the cellular function of p35-CDK5 (2015)
  • Author(s): Takada S, Mizuno K, Saito T, Asada A, Giese KP, Hisanaga S.
  • Journal Title: PLOSONE Volume: 10 Pages: e0140821
  • DOI: 0.1371/journal.pone.0140821
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Extracellular association of APP and tau fibrils induces intracellular aggregate formation of tau. (2015)
  • Author(s): Takahashi M, Miyata H, Kametani F, Nonaka T, Akiyama H, Hisanaga S, Hasegawa M.
  • Journal Title: Acta Neuropathol Volume: 129 Pages: 893-907
  • DOI: 10.1007/s00401-015-1415-2
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Mechanism of Neurodegeneration through Tau and Therapy for AD. (2016)
  • Author(s): Takashima A
  • Organizer: The 1st International Gachon Neuroscience Symposium,
  • Place of Presentation: Korea
  • Year and Date: 2016-02-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Strategy of tau related therapy. (2015)
  • Author(s): 高島明彦
  • Organizer: 第55回日本核医学会学術総会 シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-11-06
  • Invited
• [Presentation] タウイメージングに期待されること (2015)
  • Author(s): 高島明彦
  • Organizer: 第34回日本認知症学会学術集会
  • Place of Presentation: 青森
  • Year and Date: 2015-10-02
  • Invited
• [Presentation] アルツハイマー病治療に向けて：タウ研究からのアプローチ (2015)
  • Author(s): 高島明彦
  • Organizer: 第10回青森神経科学談話会
  • Place of Presentation: 弘前
  • Year and Date: 2015-07-28
  • Invited
• [Presentation] Therapy against toxic tau aggregation in AD (2015)
  • Author(s): 高島明彦
  • Organizer: 第56回日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-05-21
  • Invited