Search for targeted therapies for alpha-synuclein-induced neurotoxicity in STXBP1 encephalopathy

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K07855
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: 千代延 友裕 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (40571659)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 英樹 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 准教授 (30570600) ; 笠井 高士 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (70516062)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: STXBP1 / αシヌクレイン / ショウジョウバエ / iPS細胞

Outline of Annual Research Achievements

発達性てんかん性脳症の代表的な原因遺伝子であるSTXBP1の機能不全とαシヌクレイン（α-syn）神経毒性の関連について、患者由来iPS細胞およびショウジョウバエモデルを用いて検証する。本研究はSTXBP1脳症における神経変性の病態を明らかにすることに加え、パーキンソン病を中心としたαシヌクレイノパチーの病態解明に新たな知見を与える可能性がある。
STXBP1にナンセンス変異を有する患者から樹立したiPS細胞およびゲノム編集により変異を修復した対照iPS細胞をGABAニューロンに分化誘導し、分化誘導8週目にマイクロアレイ解析を行った。同定した35個の発現変動遺伝子のうち、タンパクをコードする遺伝子は14個あり、その中にパーキンソン病との関連が報告されているSIAH3およびINPP5Fが含まれていた。STXBP1脳症における神経変性にこれらの遺伝子が関与する可能性が示唆された。
また、パーキンソン病モデルとして汎用されているヒトα-synトランスジェニックショウジョウバエ（α-syn TG fly）に認める神経変性および運動障害がSTXBP1の相同遺伝子（Rop）の変異体との交配により増悪するか検討した。Ropの変異体として２つの系統（A3およびG27）を用いた。両系統ともにα-syn TG flyの複眼変性を増強させ、運動障害を増強（Climbing assayによる評価）させることを明らかにした。また、ショウジョウバエ頭部から抽出したタンパクにおいて、Rop変異体との交配はTriton-X可溶性のα-synを減少させ、不溶性のα-synを増加させた。STXBP1の機能不全がα-syn神経毒性の増悪因子となることが生体モデルにおいて初めて示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

STXBP1変異がα-syn神経毒性の増悪因子となることを示し、今後の治療探索研究の評価系がおおむね構築されているため。

Strategy for Future Research Activity

ショウジョウバエにおいてRop変異がα-synにおよぼす生化学的な影響をさらに詳細に検討する。また、候補化合物を用いて、神経変性を低減させる治療を探索する。

Causes of Carryover

おおむね予定どおりの使用額であったが、端数（988円）の残額が生じた。

Research Products

• [Journal Article] Impaired neuronal activity and differential gene expression in <i>STXBP1</i> encephalopathy patient iPSC-derived GABAergic neurons (2021)
  • Author(s): Ichise Eisuke、Chiyonobu Tomohiro、Ishikawa Mitsuru、Tanaka Yasuyoshi、Shibata Mami、Tozawa Takenori、Taura Yoshihiro、Yamashita Satoshi、Yoshida Michiko、Morimoto Masafumi、Higurashi Norimichi、Yamamoto Toshiyuki、Okano Hideyuki、Hirose Shinichi
  • Journal Title: Human Molecular Genetics Volume: 30 Pages: 1337～1348
  • DOI: 10.1093/hmg/ddab113
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Functional and transcriptomic analysis of STXBP1 encephalopathy iPSC-derived GABAergic neurons. (2021)
  • Author(s): Ichise E, Chiyonobu T, Ishikawa M, Tanaka Y, Tozawa T, Yamashita S, Yoshida M, Higurashi N, Yamamoto T, Okano H, Hirose S.
  • Organizer: 第63回日本小児神経学会学術集会
• [Presentation] Impaired activity and differential gene expression in STXBP1 encepalopathy patient iPSC-derived GABAergic neurons. (2021)
  • Author(s): Ichise E, Chiyonobu T, Ishikawa M, Tanaka Y, Shibata M, Tozawa T, Yamashita S, Yoshida M, Morimoto M, Higurashi N, Yamamoto T, Okano H, Hirose S.
  • Organizer: 日本人類遺伝学会第66回大会