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

2016 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, 寄附講座助教 (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, 特任教授 (20148315)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: FTLD / ALS / 前頭側頭葉変性症 / FUS / SFPQ / tau

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。一方で、通常は核に強い局在を示すRNA結合タンパク質であるFUSが神経細胞の核内で高分子複合体を形成し、主要な結合分子が別のRNA結合タンパク質であるSFPQであることを見出した。またFUSの疾患変異体はSFPQとの結合性が低下し、核内における高分子複合体も形成しづらくなることを明らかにした。FUSとSFPQはどちらも選択的スプライシングを通じてTau isoform(3R/4R)のバランス変化を制御し、SFPQの機能喪失マウスモデルは、タウisoformのバランスが4-repeatタウ優位に傾き、FUS抑制マウスと同様の情動の異常を中心とするFTLD様の高次機能障害を呈し、海馬歯状回における成体神経新生が抑制されることを見出した。さらに、これらの異常は4-repeatタウを特異的に抑制する実験によって改善した。以上の知見についてまとめた上で論文化を行った。

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。一方で、通常は核に強い局在を示すRNA結合タンパク質であるFUSが神経細胞の核内で高分子複合体を形成し、主要な結合分子が別のRNA結合タンパク質であるSFPQであることを見出した。またFUSの疾患変異体はSFPQとの結合性が低下し、高分子複合体も形成しづらくなることを明らかにした。FUSとSFPQはどちらも選択的スプライシングを通じてTau isoform(3R/4R)のバランス変化を制御し、SFPQの機能喪失マウスモデルはFUS抑制マウスと同様の情動の異常を中心とするFTLD様の高次機能障害を呈し、海馬歯状回における成体神経新生を抑制することを見出した。以上について論文化を行った。

Strategy for Future Research Activity

FUSの核内での結合因子であるSFPQを同定した。このSFPQの抑制によって、FUS抑制と同様の行動異常、adult neurogenesisの低下がみとめられた。今後は、ALS/FTLDやタウオパチー症例の剖検脳サンプルを用いて、マウスで見出した病態が疾患の病態機序とどのように関連しているかを免疫組織学的・生化学的な手法を中心に解析を進めていく。

Causes of Carryover

本年度1月から3月に使用したマウス関連の費用が大学の事務手続き上、4月以降の請求となるため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

すでに、マウス実験で使用済みである。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Pittsburgh(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Pittsburgh
• [Journal Article] Altered Tau Isoform Ratio Caused by Loss of FUS and SFPQ Function Leads to FTLD-like Phenotypes (2017)
  • Author(s): Ishigaki S、Fujioka Y、Okada Y、Riku Y、Udagawa T、Honda D、Yokoi S、Endo K、Ikenaka K、Takagi S、Iguchi Y、Sahara N、Takashima A、Okano H、Yoshida M、Warita H、Aoki M、Watanabe H、Okado H、Katsuno M、Sobue G
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 18 Pages: 1118～1131
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.01.013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Gene Expression Profile of Inflammatory Myopathy with Malignancy is Similar to that of Dermatomyositis rather than Polymyositis. (2016)
  • Author(s): Noda, T., Iijima, M., Noda, S., Maeshima, S., Nakanishi, H., Kimura, S., Koike, H., Ishigaki, S., Iguchi, Y., Katsuno, M., and Sobue, G.
  • Journal Title: Intern Med Volume: 55 Pages: 2571-2580
  • DOI: 10.2169/internalmedicine.55.6706
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of the caudate nucleus head and its networks in sporadic amyotrophic lateral sclerosis-frontotemporal dementia continuum. (2016)
  • Author(s): Masuda, M., Senda, J., Watanabe, H., Epifanio, B., Tanaka, Y., Imai, K., Riku, Y., Li, Y., Nakamura, R., Ito, M., Ishigaki, S., Atsuta, N., Koike, H., Katsuno, M., Hattori, N., Naganawa, S., and Sobue, G.
  • Journal Title: Amyotroph Lateral Scler Frontotemporal Degener Volume: 17 Pages: 571-579
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Marked Involvement of the Striatal Efferent System in TAR DNA-Binding Protein 43kDa-Related Frontotemporal Lobar Degeneration and Amyotrophic Lateral Sclerosis. (2016)
  • Author(s): Riku Y, Watanabe H, Yoshida M, Mimuro M, Iwasaki Y, Masuda M, Ishigaki S, Katsuno M, Sobue G.
  • Journal Title: J Neuropathol Exp Neurol Volume: 75(8) Pages: 801-811
  • DOI: doi.org/10.1093/jnen/nlw053
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] R-spondin 2 promotes acetylcholine receptor clustering at the neuromuscular junction via Lgr5. (2016)
  • Author(s): Nakashima H, Ohkawara B, Ishigaki S, Fukudome T, Ito K, Tsushima M, Konishi H, Okuno T, Yoshimura T, Ito M, Masuda A, Sobue G, Kiyama H, Ishiguro N, Ohno K.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 22 Pages: 28512
  • DOI: 10.1038/srep28512
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Accumulation of phosphorylated tau in neurons in FUS-silenced mice. (2016)
  • Author(s): 27.Ishigaki S, Fujioka Y, Honda D, Yokoi S, Endo K., Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Takashima A., Sobue G.
  • Organizer: The 46th Society for Neuroscience annual meeting
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2016-11-12 – 2016-11-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Loss of SFPQ, an intra-nuclear counterpart of FUS causes FTLD-like phenotypes. (2016)
  • Author(s): 28.Fujioka Y, Ishigaki S, Yokoi S, Honda D, Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G.
  • Organizer: The 46th Society for Neuroscience annual meeting
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2016-11-12 – 2016-11-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Loss of PSF/SFPQ, an intra-nuclear counterpart of FUS causes FTLD-like phenotypes (2016)
  • Author(s): Fujioka Y, Ishigaki S, Yokoi S, Honda D, Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G.
  • Organizer: The 39th annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県 横浜市)
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Presentation] Functional linkage between FUS and tau in ALS/FTLD (2016)
  • Author(s): Ishigaki S, Fujioka Y, Honda D, Yokoi S, Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G
  • Organizer: The 39th annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県 横浜市)
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-20
  • Invited
• [Presentation] 石垣 診祐、藤岡 祐介、本田 大祐、横井 聡、岡戸 晴生、渡辺 宏久、勝野 雅央、祖父江 元 (2016)
  • Author(s): Loss of FUS causes phosphorylated tau accumulation in aged mice
  • Organizer: 第57回神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター(兵庫県 神戸市)
  • Year and Date: 2016-05-18 – 2016-05-21
• [Presentation] 藤岡 祐介、石垣 診祐、本田 大祐、横井 聡、岡戸 晴生、渡辺 宏久、勝野 雅央、祖父江 元 (2016)
  • Author(s): Loss of PSF/SFPQ, an intra-nuclear counterpart of FUS causes FTLD-like phenotypes
  • Organizer: 第57回神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター(兵庫県 神戸市)
  • Year and Date: 2016-05-18 – 2016-05-21
• [Book] 【認知症の予防と対策】 前頭側頭型認知症への新しいアプローチ (2016)
  • Author(s): 石垣 診祐, 祖父江 元
  • Total Pages: 331-334
  • Publisher: Medical Science Digest
• [Patent(Industrial Property Rights)] 疾患モデル動物および疾患治療剤 (2016)
  • Inventor(s): 祖父江元、石垣診祐、横井聡
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人名古屋大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2016-139308
  • Filing Date: 2016-07-14