Functional elucidation of PNPAL4, a causative gene for mitochondrial respiratory chain abnormalities associated with sudden infant death

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K15662
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 入月 浩美 新潟大学, 医歯学総合病院, 医員 (80793926)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: PNPLA4 / ミトコンドリア異常症 / 乳児突然死 / ゼブラフィッシュ / 脂質代謝異常

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、PNPLA4の分子生物学的機能を明らかとし、小児の希少難病であるミトコンドリア呼吸鎖異常症および乳児突然死症候群/乳児突発性危急事態の新たな発症機序を解明することを目的とした。本遺伝子は、乳児突発性危急事態として発症したミトコンドリア呼吸鎖異常症患者において、我々が同定した原因遺伝子であり、マウスを除く多様な生物種に発現してリン脂質代謝に関与するが、その詳細は未だ不明である。我々はモデル生物としてゼブラフィッシュを選択した。ゼブラフィッシュは世代時間が短く、遺伝学やイメージング解析で非常に優れている。また、CRISPR/Cas9システムなどによって容易に疾患モデルを作製することが可能な脊椎動物である。全ゲノム配列はヒトと高い相同性を有し、遺伝子数や主要臓器・組織の発生および構造もヒトとの類似性が高い。
本研究において、我々は、CRISPR/Cas9システムを用いてpnpla4ノックアウトゼブラフィッシュを作製し系統を樹立した。続いて、in situハイブリダイゼーション法を用いた遺伝子発現解析を実施し、ゼブラフィッシュの脳および筋組織においてpnpla4 mRNAの発現が高いことを発見した。さらに、ノックアウトゼブラフィッシュ脳を用いた網羅的脂質解析でトリアシルグリセロールの代謝異常を示唆する結果を得た。また、タンパク質発現解析では、ノックアウトゼブラフィッシュにおいてエネルギー代謝に関連するミトコンドリア周辺タンパク質の変動を多数認めた。
我々は、本研究を通じて、PNPLA4機能不全が生体に及ぼす影響について新しい知見を得た。今後、標的脂質の探索を行い、研究をさらに発展させる予定である。