2022 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular mechanisms to avert motor neurons vulnerability in ALS
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20H00485
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
岡野 栄之 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (60160694)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢野 真人 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (20445414)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ALS / 運動ニューロン / ベイジアンネットワーク解析 / iPS細胞 / RNA結合蛋白質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
成人発症の神経変性疾患である筋萎縮性側索硬化症（ALS）は、表現型の出現までに、原因となる遺伝子異常等を内在しながらも、長期に渡り細胞が生存、機能するため、何らかの細胞機能の脆弱性回避分子システムの存在が示唆されている。そこで本研究では、iPS細胞を用いたin vitroのALS細胞モデルを用い、運動ニューロンの蛋白質凝集、神経突起の短縮、細胞死に至る細胞機能の脆弱性回避に関する分子基盤解明を目的とする。本研究で我々は、iBRNと名付けたiPS細胞由来神経細胞を用いたBayesian network analysisを用いて、家族性ALSの分子病態に内在するトランスクリプトーム情報（RNA発現情報）に対して強い影響力を示すHub遺伝子群の探索を行い、病態に対する強い影響力を示す３つのHub候補遺伝子として、PRKDC、miR-125b-5p、TIMELESSを同定した。さらに、培養細胞モデルを用いた検証実験によって、PRKDCの活性が、ALSの原因蛋白質の一つであるFUSの異常局在に関わる事、さらに、miR-125b-5pおよびTIMELESSは、直接標的とした分子経路を示し、神経変性のトリガーとなりうる分子病因であるDNA損傷を引き起こす事を実証した（Nogami et al. Neuobiol Dis 2021）。さらに、FUSの異常細胞内局在について、正常のストレス顆粒形成を妨げず、FUSの異常局在のみを抑制する新規の低分子化合物を複数同定した (Nogami et al. Front Mol Neurosci 2022)。加えて、STMN2異常を伴う病原性TARDBP変異を持つヒトiPS細胞由来ニューロンにおける遺伝子発現のグローバルな変化、ミスプライシング、異常なポリアデニル化など、RNA制御の乱れを明らかにした（Imaizumi et al. eNeuro 2022）。今後、さらにiBRN解析から見出されたHub候補分子群の機能解析と低分子化合物の標的分子経路によるALS病態に関わる分子実体を解明していく。
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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
iBRN(“non-biased" Bayesian gene regulatory network analysis based on induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived cell model)解析により３つのRNA制御因子群を同定し、いづれも神経変性疾患の原因となるDNA損傷に深く関わる事が分かった。本研究により我々の確立したiBRN解析は、神経変性疾患に対する分子病因探索に有効性を示すと共に、他の様々な原因不明の疾患における分子病因解明への新しい研究戦略を提供しうるものとなった。さらに、iBRN解析による新規のHub分子の解析や定分子化合物の解析により、ALS運動ニューロンの脆弱性回避に寄与する分子経路が明らかになりつつあり、極めて順調に研究が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに、我々の大規模なiPS由来細胞ライブラリーからのとランスクリプトーム情報を基にしたiBRN解析の有効性を実証することができた。今後は、iBRNにより得られた３つの分子群であるPRKDC、miR-125b-5p、TIMELESSおよび他の候補分子群のさらなる詳細な解析を行う。また、新たに作成したFUS遺伝子のP525L変異を持つiPS細胞由来運動ニューロンを用いたマルチオミクス解析、低分子化合物ライブラリースクリーニングによって得られたFUS蛋白質の異常局在を制御する低分子化合物群、iBRN解析によるHub候補因子群との関連および統合解析を行う。以上のデータセットをさらに統合的に解析を進め、RNA制御と蛋白質分解系とのクロストークによる本研究計画の目的である神経細胞機能の脆弱性回避の分子機構の検証を行う予定である。
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