ALS/FTLDの高次機能障害におけるadult neurogenesisの役割

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K09310
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 石垣 診祐 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任助教 (40378170)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 宏久 名古屋大学, 脳とこころの研究センター, 特任教授 (10378177) ; 祖父江 元 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任教授 (20148315)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: FUS / ALS / FTLD / タウ / 成体神経新生

Outline of Annual Research Achievements

ALS/FTLDの高次機能障害における成体神経新生 (adult neurogenesis)の役割の解明をマウスモデルとALS/FTLD剖検脳における検討から行った。ALS/FTLDの原因遺伝子であるFUSをAAVにshRNAを発現させることで全海馬において抑制したマウスモデルではFTLD様の情動異常を来たすが、同時にタウisoformの発現変化を介して海馬歯状回におけるadult neurogenesisを抑制する。このFUS抑制マウスに対してヒト野生型FUSを海馬特異的に発現させる実験（FUS発現回復実験）を行った。AAVの濃度を振って内在性のマウスFUSとほぼ等量にヒトFUSを発現する量を同定し、そのマウスを解析した。その結果ヒト野生型FUSをFUS抑制マウスの海馬に発現させることで、FUS抑制によって生じたタウisoformの発現変化（4R-tauの増加と3R-tauの低下）を回復することができた。しかし、ALS/FTLD関連変異であるR521G変異を有するヒトFUSをFUS抑制マウスの海馬に発現させる実験では、FUS抑制によって生じたタウisoformの発現変化は回復しなかった。同様に、ヒト野生型FUSの発現はFUSに抑制によって生じた情動異常（多動、不安の欠如、社会性の低下など）を改善させたが、R521G変異を有するヒトFUSの発現では回復できなかった。さらにBrdU取り込みassayなどにより評価を行った結果adult neurogenesisについても、ヒト野生型FUSの発現によってFUS抑制に伴うadult neurogenesisの低下が改善することを見出した。一方でR521G変異を有するヒトFUSの発現ではFUS抑制によって生じたadult neurogenesisの低下の改善は認められなかった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ALS/FTLDの高次機能障害における成体神経新生 (adult neurogenesis)の役割の解明をマウスモデルの検討を中心に行った。FUS抑制マウスに対してヒト野生型FUSを海馬特異的に発現させる実験（FUS発現回復実験）はほぼ完了した。ヒト野生型FUSではレスキュー効果を明らかに認めることができたが、ALS/FTLD変異（R521G）を有するFUSではレスキュー効果が認められなかった。このことはALS/FTLDの高次機能障害におけるadult neurogenesisの役割を強く示唆するものであり、またヒト野生型FUSのレスキュー効果としてタウisoformの発現の正常化が認められたことより、タウの病態への関与についても強く示唆された。

Strategy for Future Research Activity

FUSの発現回復実験より研究期間早期に興味深い知見を得ることができたため、このモデルの長期的な観察を引き続き行っていく。当初計画どおり、海馬萎縮抑制効果についての検討に着目していく。また、ALS/FTLD患者における尾状核の病理に着目してFUS、tau、adult neurogenesisについて免疫組織学的な手法を中心に解析を進めていく。

Causes of Carryover

1月以降に使用した実験動物施設使用料の支払いが平成28年度になる。

Expenditure Plan for Carryover Budget

本年度より翌年度にかけて予定している実験動物関連への支払いに充当する。

Research Products

• [Journal Article] A rapid functional decline type of amyotrophic lateral sclerosis is linked to low expression of TTN. (2016)
  • Author(s): Watanabe H, Atsuta N, Hirakawa A, Nakamura R, Nakatochi M, Ishigaki S, Iida A, Sobue G.
  • Journal Title: J Neurol Neurosurg Psychiatry Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1136/jnnp-2015-311541
  • Peer Reviewed
• [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
• [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
• [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
• [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
• [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
• [Presentation] Quality loss of FUS and SFPQ alters the ratio of Tau isoforms, which recapitulates FTLD accompanied with aberrant adult neurogenesis. (2015)
  • Author(s): Ishigaki S, Fujioka Y, Honda D, Yokoi S, Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G.
  • Organizer: The 45th Society for Neuroscience annual meeting
  • Place of Presentation: Chicago, IL USA
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Loss of FUS causes a decrease in brain volume accompanied with neuronal loss (2015)
  • Author(s): Fujioka Y, Ishigaki S, Yokoi S, Honda D, Udagawa T, Okado H, Yoshikawa M, Takashima A, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G.
  • Organizer: The 45th Society for Neuroscience annual meeting
  • Place of Presentation: Chicago, IL USA
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FTLD-like phenotypes accompanied with aberrant adult neurogenesis are regulated by altered Tau isoforms in FUS-silenced mice (2015)
  • Author(s): Ishigaki S, Fujioka Y, Honda D, Yokoi S, Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G.
  • Organizer: The 10th brain research conference
  • Place of Presentation: Chicago, IL USA
  • Year and Date: 2015-10-15 – 2015-10-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Loss of FUS causes a decrease in brain volume accompanied with neuronal loss (2015)
  • Author(s): Fujioka Y, Ishigaki S, Yokoi S, Honda D, Udagawa T, Okado H, Yoshikawa M, Takashima A, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G.
  • Organizer: The 10th brain research conference
  • Place of Presentation: Chicago, IL USA
  • Year and Date: 2015-10-15 – 2015-10-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FUSの機能喪失はTau isoform依存的にadult neurogenesis抑制を引き起こす (2015)
  • Author(s): 石垣 診祐、 藤岡 祐介、本田 大祐、横井 聡、渡辺 宏久、勝野 雅央、祖父江 元
  • Organizer: 第34回日本認知症学会学術集会
  • Place of Presentation: 青森県 青森市 リンクステーション青森
  • Year and Date: 2015-10-02 – 2015-10-04
• [Presentation] Aberrant adult neurogenesis in FUS-knockdown mice which exhibited FTLD-like phenotypes (2015)
  • Author(s): Ishigaki S, Fujioka Y, Honda D, Yokoi S, Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G.
  • Organizer: The 38th annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: 兵庫県 神戸市 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] The loss of FUS leads to brain atrophy accompanied with neuronal loss. (2015)
  • Author(s): Fujioka Y, Ishigaki S, Yokoi S, Honda D, Udagawa T, Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G.
  • Organizer: The 38th annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: 兵庫県 神戸市 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] FUS knockdown causes the morphologic abnormities of dendritic spines (2015)
  • Author(s): Yokoi S, Ishigaki S, Honda D, Fujioka Y, Udagawa T, Katsuno M, Sobue G.
  • Organizer: The 38th annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: 兵庫県 神戸市 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] FUS regulates AMPA receptor function and FTLD/ALS-associated behavior via GluA1 mRNA stabilization (2015)
  • Author(s): Honda D, Udagawa T, Fujioka Y, Tanaka M, Yokoi S, Nagai T, Yamada K, Ishigaki S, Watanabe H, Katsuno M, Ohno K, Sokabe M, Okado H, Sobue G.
  • Organizer: The 38th annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: 兵庫県 神戸市 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] ALS/FTLDの病態におけるFUSの役割 Quality loss of function of FUS in ALS/FTLD (2015)
  • Author(s): 石垣 診祐、祖父江 元
  • Organizer: 第15回日本蛋白質科学会年会 ワークショップ
  • Place of Presentation: 徳島県 徳島市 あわぎんホール
  • Year and Date: 2015-06-26
  • Invited
• [Presentation] FUSの質的機能喪失によるALS/FTLDの病態機構 Quality loss of FUS is involved in the pathogenesis of ALS/FTLD. (2015)
  • Author(s): Ishigaki S, Sobue G
  • Organizer: 第56回神経学会学術大会 シンポジウム
  • Place of Presentation: 新潟県 新潟市 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2015-05-22
  • Invited
• [Presentation] Suppression of FUS induces the morphologic abnormities of dendritic spines (2015)
  • Author(s): 横井 聡、石垣 診祐、宇田川 剛、本田 大祐、藤岡 祐介、勝野 雅央、祖父江 元
  • Organizer: 第56回神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟 新潟市 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23
• [Presentation] Loss of FUS affects adult neurogenesis by modulating Tau isoforms (2015)
  • Author(s): 石垣 診祐、藤岡 祐介、本田 大祐、横井 聡、岡田 洋平、岡戸 晴生、渡辺 宏久、勝野 雅央、祖父江 元
  • Organizer: 第56回神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟 新潟市 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23
• [Presentation] Striatum is systematically affected in TDP-43-related FTLD; a pathological study (2015)
  • Author(s): 陸 雄一、渡辺 宏久、吉田 眞理、三室 マヤ、岩崎 靖、桝田 道人、勝野 雅央、石垣 診祐、祖父江 元
  • Organizer: 第56回神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟 新潟市 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23
• [Presentation] Loss of FUS causes a decrease in brain volume accompanied with neuronal loss (2015)
  • Author(s): 藤岡 祐介、石垣 診祐、横井 聡、本田 大祐、宇田川 剛、岡戸 晴生、渡辺 宏久、勝野 雅央、祖父江 元
  • Organizer: 第56回神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟 新潟市 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23
• [Presentation] FUS regulates AMPA receptor function and FTLD-associated behavior (2015)
  • Author(s): 本田 大祐、宇田川 剛、藤岡 祐介、田中 基樹、永井 拓、山田 清文、横井 聡、石垣 診祐、渡辺 宏久、勝野 雅央、大野 欽司、曽我部 正博、岡戸 晴生、祖父江 元
  • Organizer: 第56回神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟 新潟市 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23
• [Presentation] Involvement of caudate nucleus head connectivities in ALS (2015)
  • Author(s): 渡辺 宏久、桝田 道人、千田 譲、Bagarinao, Epifanio、田中 康博、陸 雄一、中村 良一、渡辺 はづき、伊藤 瑞規、石垣 診祐、熱田 直樹、勝野 雅央、長縄 慎二、祖父江 元
  • Organizer: 第56回神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟 新潟市 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23