2017 Fiscal Year Annual Research Report
Tau aggregation and toxicity in a Drosophila model
Publicly Offered Research
| Project Area | Prevention of brain protein aging and dementia |
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| Project/Area Number |
17H05703
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
飯島 香奈絵 (安藤香奈絵) 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (40632500)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 神経変性疾患 / 微小管結合タンパク質タウ / タンパク質分解 / タンパク質凝集 / 疾患モデルショウジョウバエ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微小管結合タンパク質タウは、神経変性疾患脳で蓄積し神経細胞死を引き起こす。タウはモノマー、ダイマー、オリゴマー、繊維など様々な凝集体として蓄積するが、疾患脳でタウの代謝が変化し、毒性を獲得する課程には不明な点が多い。本研究では、そのタウの凝集と蓄積、毒性の関係をin vivoで明らかにするため、凝集性が変化することが知られる変異を導入したタウを発現するトランスジェニックショウジョウバエを七種類作成し、それらによる細胞死の程度を比較した。すると、微小管結合領域に位置するCys291とCys322 をAlaに置換した変異（C291/322A）により、タウの神経細胞死が特に抑えられることを見出した。また、C291/322A変異体タウでは、タウのタンパク量が劇的に減少していた。Cys291/Cys322 はジスルフィド結合を分子間で形成することでタウのダイマー形成、さらにオリゴマー形成を促進することで、タウ毒性を悪化させることが報告されている。しかし、ショウジョウバエモデルではダイマーの量は非常に少ないため、C291/322A変異の導入によるタウのタンパク量の減少と神経細胞死の抑制は、ダイマー形成よりむしろタウモノマーの安定性が減少するためであることが示唆された。また、このC291/322A変異によるタウタンパク量の減少は、マウス初代培養神経細胞でも見られ、さらに、タウタンパク量の減少は、C291AまたはC322Aの単独の変異でも見られた。これらの結果より、Cys291/Cys322の分子内相互作用が、タウモノマーの安定性に重要な役割を果たすことが示唆された。さらにCys291/Cys322が関わるタウの構造変化や代謝を明らかにすることで、タウ蓄積を阻害する新たな戦略の開発に役立つと期待される。
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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
1年目の結果から、C291/322が凝集体形成ではなくモノマーの安定性に関与していることがわかった。これは予想外の結果であったが、これまでに報告のある凝集に関する効果とは異なり、新たなタウの代謝メカニズムの解明につながると期待される。さらに、この変化はマウス初代培養神経細胞でも見られることがわかったため、ショウジョウバエモデルでのin vivoでの解析に加え、マウス神経細胞でのin vitroでの解析も合わせて進行させることができた。
また、C291/C322は、分子間、分子内でのジスルフィド結合を形成することが知られている。これまでの結果からモノマーの安定性に関わることが示唆されたため、C291/C322は分子間での結合より分子内の構造変化に関わる可能性が高いことが示唆された。実際、タウタンパク量の減少は、C291AまたはC322Aの単独の変異でも見られたことからも、この二つのcysteineの分子内の相互作用が重要であることが考えられる。 ところで、タウには複数のスプライシングアイソフォームがあるが、C322が存在する微小管結合リピートを含む4Rタウは、それを含まない3Rタウより毒性が高いことが知られている。しかしなぜ4Rタウが3Rタウより毒性が高いのかは不明であった。今回の結果から、4Rタウの毒性が高いことには、C291とC322の相互作用が関与している可能性が考えられた。このように、1年目に予定した実験が順調に進んだだけでなく、その結果からプロジェクトがさらに進展したと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
目的1. タウの凝集体形成と細胞毒性の相関
異なる凝集体を形成する変異を導入したタウ７種類のうち、３種類でタウの毒性が大きく減少していた。そのうちの一つは目的２で調べるC291/322であるが、他の２つについても、タウの凝集活性と代謝が変化しているかを調べ、神経細胞死との相関を調べる。
目的2. タウのCys291/322のタウの安定性における役割
一年目の結果から、Cys291/322残基をAla置換した変異体でタウモノマーの安定性が減少することが示唆された。本年度はそのメカニズムを以下のように検討する。
a. タウのリン酸化はタウ代謝を変化させることがわかっているので、リン酸化とC291/322Aによるタウの安定性減少との関係を調べる。b. タウは微小管への結合によってその代謝が変化するが、これらのCysはタウの微小管結合領域にあるため、微小管への結合変化によりタウの代謝に関与している可能性が考えられる。そこで、C291/322A変異により微小管への結合能が変化するかを調べる。c. Cysは分子内また分子間ジスルフィド結合を作ることでタウの構造を変化させる。そこで、C291/322の酸化ストレスによる分子内ジスルフィド結合の形成が単量体タウを安定化するという仮説を培養神経細胞で検討する。d. タウのアイソフォームのうち、C322が存在する微小管結合リピートを含む4Rタウは、それを含まない3Rタウより毒性が高いことが知られている。この毒性の違いにC291とC322の相互作用が関与している可能性を検討する。C291AとC322A単独変異を導入したタウを発現するショウジョウバエを作成し、タウの代謝変化と毒性を、同時に作成する4Rタウ、3Rタウを発現するショウジョウバエと比較する。
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[Presentation] CaMKII enhances tau-mediated neurodegeneration downstream of tau phosphorylation in transgenic Drosophila models of tauopathy.2017
Author(s)
Ando*, K., Oka, M., Maruko-Otake, A., Ohtake, Y., Sekiya, M., Hisanaga, S., Iijima, K.M.
Organizer
The 4th Asia-Pacific Drosophila Research Conference
Int'l Joint Research
