ポリグルタミン病トランスジェニックマーモセットモデルの開発とその病態解析

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26670446
• Research Institution: National Center of Neurology and Psychiatry
• Principal Investigator: 永井 義隆 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 疾病研究第四部, 客員研究員 (60335354)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 神経科学 / 脳神経疾患 / ポリグルタミン病 / 疾患モデル / 霊長類 / マーモセット / 遺伝子 / 神経変性疾患

Outline of Annual Research Achievements

アルツハイマー病、パーキンソン病、ポリグルタミン病など神経変性疾患の病態解明・治療法開発へ向けて、これまで様々な疾病モデルマウスが用いられてきたが、ヒトとげっ歯類では脳の構造・機能や代謝経路が大きく異なるため、脳部位・回路特異性の解明や、薬効・薬物動態評価、バイオマーカー開発は極めて困難であった。本研究では、モデル動物としての適性が高い小型霊長類マーモセットを用いて、世界初の神経変性疾患トランスジェニック霊長類モデルの開発を目指すことを目的として、以下の研究を行った。
申請者らは、遺伝子改変技術による病態再現性に優れ、かつ原因遺伝子変異のCAGリピート数の伸長程度により早期発症が期待できるポリグルタミン病に着目した。ポリグルタミン病の一つである脊髄小脳失調症３型（SCA3）の原因となる変異型ataxin-3-Q120遺伝子を、CMVプロモーター下に組み込んだレンチウイルスベクターをマーモセット初期胚に感染させ、PCR解析により変異型ataxin-3-Q120遺伝子が導入されている7頭のトランスジェニックマーモセットを得た。
導入遺伝子の発現量が比較的高い3頭において生後3-4カ月頃より体重増加率が低下し、徐々に日内活動量の低下、筋力低下などの表現型が出現し、徐々に進行した。病態の進行により自力での摂餌が不可能となった2頭について、病理学的解析を行い、小脳、脊髄などにおいて神経細胞の変性・脱落、抗ポリグルタミン抗体陽性の封入体、抗GFAP抗体陽性のミクログリアの活性化を認めた。一方、筋肉においてもポリグルタミン封入体を認め、Rimmed vacuoleの出現を伴う慢性筋原性変化を認めた。
以上の結果より、ヒト病態を反映する世界初のポリグルタミン病モデルトランスジェニックマーモセットの樹立に成功した。

Research Products

• [Journal Article] Molecular basis of Orb2 amyloidogenesis and blockade of memory consolidation. (2016)
  • Author(s): Hervás R., Li L., Majumdar A., Fernández-Ramírez Mdel C., Unruh J.R., Slaughter B.D., Galera-Prat A., Santana E., Suzuki M., Nagai Y., Bruix M., Casas-Tintó S., Menéndez M., Laurents D.V., Si K., Carrión-Vázquez M.
  • Journal Title: PLoS Biol Volume: 14 Pages: e1002361
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.1002361
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (3rd edition). (2016)
  • Author(s): Klionsky D.J., et al.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 12 Pages: 1-222
  • DOI: 10.1080/15548627.2015.1100356
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] エクソソームによる生体内のタンパク質恒常性の維持 (2016)
  • Author(s): 武内敏秀、永井義隆
  • Journal Title: 細胞 Volume: 48 Pages: 5-8
• [Journal Article] パ－キンソン病の動物モデル－最近の話題 (2016)
  • Author(s): 高橋良輔、佐藤栄人、永井義隆、松井秀彰、望月秀樹
  • Journal Title: Frontiers in Parkinson Disease Volume: 9 Pages: 5-13
• [Journal Article] Synchrotron FTIR micro-spectroscopy for structural analysis of Lewy bodies in the brain of Parkinson's disease patients. (2015)
  • Author(s): Araki K., Yagi N., Ikemoto Y., Yagi H., Choong C.-J., Hayakawa H., Beck G., Sumi H., Fujimura H., Moriwaki T., Nagai Y. , Goto Y., Mochizuki H.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 5 Pages: 17625
  • DOI: 10.1038/srep17625
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Abnormalities in synaptic dynamics during development in a mouse model of spinocerebellar ataxia type 1. (2015)
  • Author(s): Hatanaka Y., Watase K., Wada K., Nagai Y.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 5 Pages: 16102
  • DOI: 10.1038/srep16102
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Glucocerebrosidase deficiency accelerates an accumulation of proteinase K-resistant α-synuclein and aggravates neurodegeneration in a Drosophila model of Parkinson's disease. (2015)
  • Author(s): Suzuki M., Fujikake N., Takeuchi T., Kohyama-Koganeya A., Nakajima K., Hirabayashi Y., Wada K., Nagai Y.
  • Journal Title: Hum. Mol. Genet. Volume: 24 Pages: 6675-6686
  • DOI: 10.1093/hmg/ddv372
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Normalization of overexpressed α-synuclein causing Parkinson's disease by a moderate gene silencing with RNA interference. (2015)
  • Author(s): Takahashi M., Suzuki M., Fukuoka M., Fujikake N., Watanabe S., Murata M., Wada K., Nagai Y., Hohjoh H.
  • Journal Title: Mol. Ther. Nucleic Acids Volume: 4 Pages: e241
  • DOI: 10.1038/mtna.2015.14
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intercellular chaperone transmission via exosomes contributes to maintenance of protein homeostasis at the multicellular organismal level. (2015)
  • Author(s): Takeuchi T., Suzuki M., Fujikake N., Popiel H.A., Kikuchi H., Futaki S., Wada K., Nagai Y.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 112 Pages: E2497-2506
  • DOI: 10.1073/pnas.1412651112
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 神経変性疾患におけるRNA chaperoneの働き：RNA quality controlの観点から (2015)
  • Author(s): 石黒太郎、横田隆徳、永井義隆、石川欽也
  • Organizer: 第10回 臨床ストレス応答学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-11-06 – 2015-11-07
  • Invited
• [Presentation] 分子シャペロンのエクソソームを介した細胞間伝播による細胞非自律的なタンパク質の恒常性維持機構 (2015)
  • Author(s): 武内敏秀、鈴木マリ、藤掛伸宏、ポピエル明子、菊地寿枝、二木史朗、和田圭司、永井義隆
  • Organizer: 第10回 臨床ストレス応答学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-11-06 – 2015-11-07
• [Presentation] Establishment of a novel animal model of ALS/FTD expressing GGGGCC repeat RNA in Drosophila (2015)
  • Author(s): Ueyama M., Ishiguro T., Fujikake N., Konno T., Koyama A., Onodera O., Ishikawa K., Wada K., Nagai Y.
  • Organizer: 10th Brain Research Conference
  • Place of Presentation: Chicago, IL, USA
  • Year and Date: 2015-10-15 – 2015-10-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The SCA31-linked UGGAAexp repeat forms RNA foci and is translated into aggregating pentapeptide-repeat proteins in the SCA31 patient brain and Drosophila model. (2015)
  • Author(s): Ishiguro T., Sato N., Fujikake N., Ueyama M., Yokota T., Mizusawa H., Wada K., Nagai Y., Ishikawa K.
  • Organizer: 10th Brain Research Conference
  • Place of Presentation: Chicago, IL, USA
  • Year and Date: 2015-10-15 – 2015-10-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 分子シャペロンはエクソソーム細胞間伝播により細胞非自律的な治療効果を発揮する (2015)
  • Author(s): 武内敏秀、永井義隆
  • Organizer: 第34回 日本認知症学会学術集会
  • Place of Presentation: 青森
  • Year and Date: 2015-10-02 – 2015-10-04
  • Invited
• [Presentation] 神経変性疾患モデルショウジョウバエの神経変性は過栄養摂取により増悪する (2015)
  • Author(s): 永井義隆、鈴木マリ、Anne-Marie Neumann、藤掛伸宏、和田圭司
  • Organizer: 第34回 日本認知症学会学術集会
  • Place of Presentation: 青森
  • Year and Date: 2015-10-02 – 2015-10-04
• [Presentation] G4C2リピートRNAを発現する新規ALS/FTDモデルショウジョウバエの樹立 (2015)
  • Author(s): 上山盛夫、石黒太郎、藤掛伸宏、今野卓哉、小山哲秀、小野寺理、石川欽也、和田圭司、永井義隆
  • Organizer: 第87回 日本遺伝学会大会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2015-09-24 – 2015-09-26
  • Invited
• [Presentation] 分子シャペロンはエクソソームを介した細胞間伝播により個体レベルのプロテオスターシス維持に寄与している (2015)
  • Author(s): 武内敏秀、鈴木マリ、藤掛伸宏、ポピエル明子、菊地寿枝、二木史朗、和田圭司、永井義隆
  • Organizer: 第7回 日本RNAi研究会/第2回 日本細胞外小胞学会
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 2015-08-26 – 2015-08-28
• [Presentation] 異常伸長UGGAA リピートRNAはショウジョウバエにおいて神経毒性を引き起こす (2015)
  • Author(s): 石黒太郎、藤掛伸宏、佐藤望、上山盛夫、横田隆徳、和田圭司、水澤英洋、永井義隆、石川 欽也
  • Organizer: 第38回 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Establishment of a novel animal model of ALS and FTD expressing GGGGCC repeat RNA in Drosophila (2015)
  • Author(s): 上山盛夫、石黒太郎、藤掛伸宏、今野卓哉、小山哲秀、小野寺理、石川欽也、和田圭司、永井義隆
  • Organizer: 第38回 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Intercellular chaperone transmission via exosomes contributes to non-cell autonomous therapeutic effects on polyglutamine disease models (2015)
  • Author(s): 武内敏秀、鈴木マリ、藤掛伸宏、ポピエル明子、菊地寿枝、二木史朗、和田圭司、永井義隆
  • Organizer: 第38回 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] ポリグルタミン病トランスジェニックマーモセットの樹立 (2015)
  • Author(s): 永井義隆、富岡郁夫、石橋英俊、本橋秀之、高山修、齊藤祐子、皆川栄子、ポピエル明子、プエンテスサンドラ、山本和弘、野口悟、西野一三、和田圭司、高坂新一、関和彦
  • Organizer: 第56回 日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23
• [Presentation] Effect of dietary conditions on Drosophila models of neurodegenerative diseases (2015)
  • Author(s): 鈴木マリ、Anne-Marie Neumann、斉藤勇二、藤掛伸宏、和田圭司、永井義隆
  • Organizer: 第56回 日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23
• [Presentation] p62 plays a protective role in neurodegenerative diseases model flies (2015)
  • Author(s): 斉藤勇二、藤掛伸宏、岡本佑馬、和田圭司、永井義隆
  • Organizer: 第56回 日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23
• [Presentation] SCA31-linked UGGAAexp RNA causes progressive neurodegeneration in Drosophila. (2015)
  • Author(s): 石黒太郎、藤掛伸宏、佐藤望、上山盛夫、横田隆徳、和田圭司、水澤英洋、永井義隆、石川欽也
  • Organizer: 第56回 日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23
• [Presentation] Identification of genes modulating TDP-43 by Drosophila ALS model (2015)
  • Author(s): 東裕美子、徳田隆彦、山本格、京谷茜、櫛村由紀恵、吉田誠克、水田依久子、水野俊樹、中川正法、藤掛伸宏、上山盛夫、永井義隆、吉田英樹、山口政光
  • Organizer: 第56回 日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23
• [Presentation] Exome association study and 2nd SNP-GWAS of Parkinson's disease (2015)
  • Author(s): 佐竹渉、安藤祐子、鈴木マリ、富山弘幸、永井義隆、村山繁雄、望月秀樹、中島健二、小幡文弥、長谷川一子、武田篤、和田圭司、辻省次、山本光利、村田美穂、服部信孝、戸田達史
  • Organizer: 第56回 日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-05-20 – 2015-05-23
• [Presentation] Toxic protein conformational transition and aggregation as a therapeutic target for the polyglutamine neurodegenerative diseases. (2015)
  • Author(s): Nagai Y.
  • Organizer: Cajal Institute seminar
  • Place of Presentation: Madrid, Spain
  • Year and Date: 2015-04-20 – 2015-04-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Non-cell autonomous therapeutic effects of molecular chaperones on polyglutamine disease models via its exosome-mediated intercellular transmission. (2015)
  • Author(s): Nagai Y., Takeuchi T., Wada K.
  • Organizer: IWBBIO 2015
  • Place of Presentation: Granada, Spain
  • Year and Date: 2015-04-15 – 2015-04-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] HSF1 activation by small chemical compounds for the treatment of neurodegenerative diseases In Heat Shock Factor (2016)
  • Author(s): Fujikake N., Takeuchi T., *Nagai Y.
  • Total Pages: 301
  • Publisher: Springer Publishers, Inc.
• [Book] Drug development for neurodegenerative diseases In Neurodegenerative Disorders as Systemic Diseases (2015)
  • Author(s): Nagai Y., Minakawa E. N.
  • Total Pages: 304
  • Publisher: Springer Publishers, Inc.
• [Remarks] パーキンソン病の新たな発症メカニズムをモデル動物で初めて解明
  • URL: http://www.ncnp.go.jp/press/press_release150916.html
• [Remarks] 細胞同士が助け合って神経細胞の変性を防ぐ仕組みを解明
  • URL: http://www.ncnp.go.jp/press/press_release150428.html