神経細胞内鉄代謝障害に基づく筋萎縮性側索硬化症の病態解明

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System
• Project/Area Number: 22H04811
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 長野 清一 大阪大学, 大学院医学系研究科, 寄附講座教授 (40362727)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 筋萎縮性側索硬化症 / フェリチン / 鉄代謝

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、筋萎縮性側索硬化症（ALS）の原因タンパク質TDP-43の神経細胞での発現変化に伴うフェリチン重鎖（Fth） mRNAの軸索内輸送障害とフェリチン、鉄の細胞内動態異常との関連を明らかにするとともに、ALS患者での鉄、フェリチン代謝異常を検証してその病態への関与を明らかにし、新たな治療法への応用を図る。本年度は以下の研究を行った。
①TDP-43によるフェリチン重鎖mRNA輸送機構の解析
マウス胎児初代神経細胞区画培養系を用いてTDP-43がFth mRNAを軸索内に輸送する機構を検証した。shRNAを用いたTDP-43の発現低下により、軸索分画でのFth mRNA量は減少したが、細胞体分画でのFth mRNA量には変化がみられなかった。またTDP-43の発現低下による神経細胞でのFth mRNAのスプライシングパターンの変化はみられなかった。このことより軸索分画でのFth mRNA量の低下はTDP-43による軸索への同mRNAの輸送が低下したためであると考えられた。タンパク質レベルでの検討でもTDP-43の発現低下によりFthは軸索分画でのみ発現低下がみられた。
②TDP-43による神経細胞内鉄代謝動態の解析
TDP-43の発現変化により軸索を中心とする神経細胞内での鉄動態や酸化ストレスの程度に変化が生じるかどうかを検証した。Fe2+の蛍光検出試薬であるFerroOrangeを用いてTDP-43の発現を低下させた神経細胞を染色したところ、軸索分画、細胞体分画ともにFe2+量の増加がみられた。ICP-MSにより測定した神経細胞全体での鉄総量にはTDP-43発現低下で変化がみられなかったことより、Fe2+量の増加はFe2+/ Fe3+バランスの変化が関与していることが推測された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

計画していた解析内容はほぼ全て施行できている。

Strategy for Future Research Activity

今後さらに軸索でのTDP-43によるFth mRNAの輸送動態、TDP-43の発現変化による神経細胞での活性酸素種の量的変化やそれによる細胞死の有無を検証していく。

Research Products

• [Journal Article] Dysregulation of stress granule dynamics by DCTN1 deficiency exacerbates TDP-43 pathology in Drosophila models of ALS/FTD. (2024)
  • Author(s): Ueda T, Takeuchi T, Fujikake N, Suzuki M, Minakawa EN, Ueyama M, Fujino Y, Kimura N, Nagano S, Yokoseki A, Onodera O, Mochizuki H, Mizuno T, Wada K, Nagai Y.
  • Journal Title: Acta Neuropathol Commun Volume: 12 Pages: 20
  • DOI: 10.1186/s40478-024-01729-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lysophagy protects against propagation of α-synuclein aggregation through ruptured lysosomal vesicles. (2023)
  • Author(s): Kakuda K, Ikenaka K, Kuma A, Doi J, Aguirre C, Wang N, Ajiki T, Choong CJ, Kimura Y, Badawy S, Shima T, Nakamura S, Baba K, Nagano S, Nagai Y, Yoshimori T, Mochizuki H.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 121 Pages: e2312306120
  • DOI: 10.1073/pnas.2312306120
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RGMa collapses the neuronal actin barrier against disease-implicated protein and exacerbates ALS. (2023)
  • Author(s): Shimizu M, Shiraishi N, Tada S, Sasaki T, Beck G, Nagano S, Kinoshita M, Sumi H, Sugimoto T, Ishida Y, Koda T, Ishikura T, Sugiyama Y, Kihara K, Kanakura M, Nakajima T, Takeda S, Takahashi MP, Yamashita T, Okuno T, Mochizuki H.
  • Journal Title: Sci Adv Volume: 9 Pages: eadg3193
  • DOI: 10.1126/sciadv.adg3193
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate interacts with alpha-synuclein and initiates its aggregation and formation of Parkinson’s disease-related fibril polymorphism. (2023)
  • Author(s): Choong CJ, Aguirre C, Kakuda K, Beck G, Nakanishi H, Kimura Y, Shimma S, Nabekura K, Hideshima M, Doi J, Yamaguchi K, Nakajima K, Wadayama T, Hayakawa H, Baba K, Ogawa K, Takeuchi T, Badawy SMM, Murayama S, Nagano S, Goto Y, Miyanoiri Y, Nagai Y, Mochizuki H, Ikenaka K.
  • Journal Title: Acta Neuropathol Volume: 145 Pages: 573-595
  • DOI: 10.1007/s00401-023-02555-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sustained therapeutic benefits by transient reduction of TDP-43 using ENA-modified antisense oligonucleotides in ALS/FTD mice. (2023)
  • Author(s): Takeuchi T, Maeta K, Ding X, Oe Y, Takeda A, Inoue M, Nagano S, Fujihara T, Matsuda S, Ishigaki S, Sahashi K, Minakawa EN, Mochizuki H, Neya M, Sobue G, Nagai Y.
  • Journal Title: Mol Ther Nucleic Acids Volume: 31 Pages: 353-366
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2023.01.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An Exploratory Trial of EPI-589 in Amyotrophic Lateral Sclerosis (EPIC-ALS): Protocol for a Multicenter, Open-Labeled, 24-Week, Single-Group Study. (2023)
  • Author(s): Haji S, Fujita K, Oki R, Osaki Y, Miyamoto R, Morino H, Nagano S, Atsuta N, Kanazawa Y, Matsumoto Y, Arisawa A, Kawai H, Sato Y, Sakaguchi S, Yagi K, Hamatani T, Kagimura T, Yanagawa H, Mochizuki H, Doyu M, Sobue G, Harada M, Izumi Y.
  • Journal Title: JMIR Res Protoc Volume: 12 Pages: e42032
  • DOI: 10.2196/42032
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crosstalk between Oxidatibve Stress and Aging in Neurodegeneration Disorders. (2023)
  • Author(s): Abdelhamid RF, Nagano S.
  • Journal Title: Cells Volume: 12 Pages: 753
  • DOI: 10.3390/cells12050753
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 筋萎縮性側索硬化症におけるmRNA神経軸索輸送を介した局所翻訳機構の役割． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Journal Title: 細胞 Volume: 55 Pages: 858-861
• [Journal Article] 神経変性疾患に対する遺伝子治療の展望． (2023)
  • Author(s): 長野清一，望月秀樹．
  • Journal Title: 実験医学増刊「いま新薬で加速する神経変性疾患研究」 Volume: 41 Pages: 2020-2026
• [Journal Article] 神経変性疾患に対する遺伝子治療の現況． (2023)
  • Author(s): 長野清一，望月秀樹．
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 285 Pages: 435-439
• [Presentation] 神経難病の診断、治療、ケア． (2024)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 阪神北圏域リハビリテーション支援センター研修会
  • Invited
• [Presentation] 筋萎縮性側索硬化症（ALS）の病態と治療． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 豊中市薬剤師会Web研修会
  • Invited
• [Presentation] A case of familial ALS with a novel mutation in the ANXA11 gene. (2023)
  • Author(s): Nagano S, Ogawa K, Sakurai R, Ozono T, Ikenaka K, Mochizuki H.
  • Organizer: 34th International Symposium on ALS/MND
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ALSの遺伝子治療に向けた新たな試み． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 第11回日本難病医療ネットワーク学会学術集会市民公開講座
  • Invited
• [Presentation] 筋萎縮性側索硬化症における生命金属の役割． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] A case of familial ALS with a novel mutation in the ANXA11 gene. (2023)
  • Author(s): Nagano S, Ogawa K, Sakurai R, Ozono T, Ikenaka K, Mochizuki H.
  • Organizer: Pan-Asian Consortium for Treatment and Research in ALS 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 蛋白質翻訳機能の促進による筋萎縮性側索硬化症の新規治療法の開発． (2023)
  • Author(s): 平木友理、長野清一、佐々木勉、福原充子、津中康央、内山進、望月秀樹．
  • Organizer: 第29回日本遺伝子細胞治療学会学術集会
• [Presentation] スフェロイド神経培養におけるCa2+振動に対する塩誘導性キナーゼSIKの影響． (2023)
  • Author(s): 佐々木勉、神吉秀明、河野友裕、池上剛史、西山久美子、久田素、松村成暢、長野清一、望月秀樹．
  • Organizer: 第29回日本遺伝子細胞治療学会学術集会
• [Presentation] ALSの遺伝子治療に向けた新たな試み． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 第29回日本遺伝子細胞治療学会学術集会市民公開講座
  • Invited
• [Presentation] Role of axonal mRNA transport and translational regulation in neurodegenerative diseases. (2023)
  • Author(s): Nagano S.
  • Organizer: 第64回日本神経病理学会総会学術研究会、第66回日本神経化学会大会合同大会
  • Invited
• [Presentation] 神経変性疾患における酸化ストレスの役割． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 第76回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] パーキンソン病と腸脳相関に関する最新の話題ー慢性便秘症に対する対処法も含めてー． (2023)
  • Author(s): 長野清一．
  • Organizer: 脳神経内科における便秘治療を考える会
  • Invited
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: https://sites.google.com/view/uosaka-med-neurother/home/