2020 Fiscal Year Annual Research Report
The molecular mechanism of KIF1A Associated Neurological Disorders
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20H03247
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
丹羽 伸介 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (30714985)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 軸索輸送 / 線虫 / KIF1A / UNC-104 / シナプス小胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子モータータンパク質KIF1Aはシナプス形成に必須の因子である。KIF1Aの遺伝子変異は先天性の神経疾患の原因となっている。遺伝子変異によってどのような異常が起こるのかを明らかにするために、神経科学のモデルとして広く用いられているモデル生物である線虫を用いたCRISPR/cas9によるゲノム編集とトランスジェニックおよび精製したKIF1Aを用いた1分子アッセイによって解析を行った。
疾患の原因となる変異の一つであるKIF1A(P305L)変異を持つ患者では精神遅滞と下肢の麻痺といった症状が見られる。P305L変異がloss of function型変異であるのか、gain of function型変異であるのかを区別するために、線虫のunc-104変異体（KIF1Aオルソログを欠損している変異体）を用いたレスキュー実験を行った。その結果、KIF1A(P305L)を発現した場合はKIF1A(野生型）を発現した場合と異なり、線虫をレスキューできないことがわかった。これはKIF1A(P305L)がloss of functionであることを示唆する。ゲノム編集によってunc-104遺伝子にP305L変異を導入したところ、線虫の運動に異常が見られたこともloss of function型変異であることを示唆している。
TIRFを用いた一文しか移籍実験では、P305Lを導入したKIF1Aは微小管への結合能が低下しているが、一度結合すれば微小管上で正常に近い運動脳を持つことがわかった。
以上のことから、P305はKIF1Aが微小管に結合するのに重要な機能を持つ部位であることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
3種類のKIF1A遺伝子変異についてモデル線虫の作製、およびTIRF法を用いた1分子レベルの運動解析に成功した。そのうちの一つであるP305L変異については論文がアクセプトされている(Lam et al., Science Advances, 2021)。さらに当初は予定していなかった疾患型モーターと野生型モーターのヘテロダイマーを発現、精製してその1分子解析を行うことにも成功した。患者は常染色体優性（顕性）で疾患を発症するメカニズムを説明できる可能性を持つデータが得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
作製したモデル線虫について、ヒトのKIF1A関連神経疾患の患者と同じくヘテロ接合体でなんらかの表現型を持つのかどうかを解析する。作製したモデル線虫のホモ接合体についてサプレッサースクリーニングを実施して、サプレッサーを単離し、その原因遺伝子を同定することで、シナプス形成に重要な役割を果たす因子の同定を目指す。
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