2019 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of physiological and pathological roles of TDP-43 through autophagic machinery
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18K07364
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
橋本 唯史 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任准教授 (30334337)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 筋萎縮性側索硬化症 / 前頭側頭葉変性症 / TDP=43 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、筋萎縮性側索硬化症の病因タンパク質TDP-43の生理機能、そして神経変性を発揮する分子機序を解明することを目的として、次の３点に関して研究を遂行した。
1.TDP-43によるオートファジー制御機構の解明。前年度までにNeuro-2a細胞を用いてTDP-43をノックダウンするとULK1タンパク質の発現が低下し、オートファジー活性が低下することを見出した。前年度作出したAAV9-TDP-43マウスを用いて検討したところ、コントロールに比べ、脊髄でのUlk1 mRNAは上昇し、一方でULK1タンパク質量が有意に低下することを見出した。TDP-43の過剰発現によりUlk1 mRNAがトラップされ、翻訳が抑制された可能性が示唆された。またHEK293細胞にヒ素を添加したところ、ストレス顆粒にTDP-43、FUSが局在することを見出した。今後TDP-43がストレス顆粒のターンオーバーに与える影響を明らかにする。
2.TDP-43がオートファジーを介して神経毒性を発揮する機序の解明。前年度までにAAV9-TDP-43マウスが進行性の運動機能障害を引き起こすことを明らかにした。そこで、Ulk1がTDP-43過剰発現による運動機能障害に与える影響を検討するため、Ulk1欠損マウスにAAV9-TDP-43を発現させたところ、運動機能障害が増悪化することが分かった。Ulk1がTDP-43による毒性に防御的に働いている可能性が示唆された。
3.TDP-43プロテイノパチーにおいてTDP-43が異常性を獲得する機序の解明。進行性の複眼変性を呈するTDP-43 tg flyを用い、lncRNAのNeat1_1を過剰発現させると毒性が回復するが、FUS tg flyでは回復しないことを明らかにし、Neat1_1がTDP-43の毒性に関与する可能性を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の３つの柱について、①TDP-43によるオートファジー制御機序解明について、これまでに標的タンパク質であるUlk1を見出したが、その生理的役割についてはまだ明らかではない。今後さらにストレス顆粒の代謝経路に注目した検討、またin vivo実験系の検討が必要であるため、計画より遅れていると考えられる。②オートファジーによるTDP-43の毒性制御機構については、新規のAAV9-TDP-43発現系を用いてUlk1がTDP-43の毒性に関与することを明らかにし、計画以上に進んでいると言える。③のTDP-43プロテイノパチーにおいてTDP-43が異常性を獲得する機序の解明について、前年度Ataxin-2の関与について明らかにし、今年度はNeat1_1の関与について明らかにした。いずれもTDP-43毒性に特異的に関与する分子であり、今後これらの分子がどのようにTDP-43の毒性獲得に関与するか明らかにする。概ね順調に進んでいるといえる。
これらを総合的に判断して、本研究は概ね順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1.TDP-43によるオートファジー制御機構の解明。培養細胞系において、ストレス顆粒の形成・機能・消失の三過程にTDP-43とFUSがどのように関与するか、時系列を追って検討する。これまでにTDP-43は特に消失過程、FUSは形成過程に関与する知見が得られており、より詳細に検討し、さらにストレス顆粒の消失にTDP-43/Ulk1がオートファジー経路を介して関わることを明らかにする。
2.TDP-43がオートファジーを介して神経毒性を発揮する機序の解明。Ulk1がTDP-43毒性に防御的に関与する可能性を見出した。そこで、AAV9-TDP-43マウスやALS患者組織を用いてUlk1の発現及びオートファジー活性を検討し、オートファジー活性がTDP-43毒性に関与するか否か明らかにし、オートファジー活性に関与することで、AAV9-TDP-43マウスの運動機能低下を改善しうるか検討を行う。
3.TDP-43プロテイノパチーにおいてTDP-43が異常性を獲得する機序の解明。これまでに、TDP-43の神経毒性に対し、Ataxin-2、Neat1_1が共に毒性を減弱させることを見出した。近年、TDP-43、ataxin-2、Neat1_1はいずれも、液-液相分離現象に関与することが見出されたことから、TDP-43はRNAとの相互作用を失うことにより、異常な相分離を引き起こして凝集を開始する可能性を考え、培養細胞を用いて詳細に検討を行う。
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| Causes of Carryover |
本年度AAV9-TDP-43発現実験を行っているが、感染後1,3,6,12ヶ月後に回収して解析するため、解析が次年度に繰り越すすこととなった、
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[Journal Article] Behavioral and electrophysiological evidence for a neuroprotective role of aquaporin-4 in the 5xFAD transgenic mice model2020
Author(s)
Abe Y, Ikegawa N, Yoshida K, Muramatsu K, Hattori S, Kawai K, Murakami M, Tanaka T, Goda W, Goto Zm, Yamamoto T, Hashimoto T, Yamada K, Shibata T, Misawa H, Mimura M, Tanaka KF, Miyakawa T, Iwatsubo T, Hata J, Niikura T, Yasui M
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Journal Title
Acta Neuropathologica Communications
Volume: 8
Pages: 67
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Differential effects of diet- and genetically-induced brain insulin resistance on amyloid pathology in a mouse model of Alzheimer’s disease2019
Author(s)
Tomoko Wakabayashi, Kazuki Yamaguchi, Kentaro Matsui, Toshiharu Sano, Tetsuya Kubota, Tadafumi Hashimoto, Ayako Mano, Kaoru Yamada, Yuko Matsuo, Naoto Kubota, Takashi Kadowaki, Takeshi Iwatsubo
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Journal Title
Molecular Neurodegeneration
Volume: 14
Pages: 15
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Roles of collagen XXV and its putative receptors PTP s/d in intramuscular motor innervation and congenital cranial dysinnervation disorder2019
Author(s)
Haruka Munezane, Hiroaki Oizumi, Tomoko Wakabayashi, Shu Nishio, Tomoko Hirasawa, Takashi Sato, Akihiro Harada, Tomoyuki Yoshida, Takahiro Eguchi, Yuji Yamanashi, Tadafumi Hashimoto, Takeshi Iwatsubo
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Journal Title
Cell Reports
Volume: 29
Pages: 4362-4376
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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