細胞内異常タンパク質凝集体形成のメカニズムの解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Brain Environment
• Project/Area Number: 26111730
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: 野中 隆 公益財団法人東京都医学総合研究所, 認知症･高次脳機能研究分野, 副参事研究員 (30356258)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: TDP-43 / リン酸化 / 凝集体 / カゼインキナーゼ

Outline of Annual Research Achievements

前頭側頭葉変性症（FTLD-TDP）や筋萎縮性側索硬化症（ALS）の患者脳などに見られるユビキチン陽性の細胞内異常凝集体の主要な構成タンパク質としてTDP-43が同定された。患者脳に蓄積したTDP-43はユビキチン化および異常リン酸化を受けていることが知られているが、どのようなキナーゼがTDP-43の細胞内蓄積に関与するかは不明である。本研究では、TDP-43の細胞内蓄積を促進させるキナーゼの同定を目的とした。SH-SY5Y細胞を用いて、これまでにTDP-43の異常リン酸化に関与することが報告されている種々のキナーゼとTDP-43を共発現させて、TDP-43リン酸化抗体を用いた生化学および免疫組織化学的解析を行った。その結果、Casein kinase 1δ（CK1δ）のC末端部分を欠いた活性型CK1δの共発現により、TDP-43の核から細胞への局在変化および細胞質蓄積が顕著に認められた。またプラスミド由来のTDP-43だけでなく、内在性TDP-43も細胞質で蓄積した。さらにTDP-43と活性型CK1δの共発現を経時的に観察したところ、リン酸化TDP-43が蓄積した後で断片化が生じることが判明した。またこれらの変化は活性型CK1δ に依存的であり、キナーゼ活性を欠く変異型CK1δではこの様な変化は見られなかった。さらに、プロテオミクス手法により、変異型CK1δの発現により生じたTDP-43凝集体のリン酸化部位を同定し、そのリン酸化部位変異体では野生型に比べて蓄積量が減少することを見いだした。以上の結果は、活性型CK1δのキナーゼ活性に依存して細胞内でTDP-43が局在変化および蓄積することを示しており、TDP-43の細胞内蓄積の新たなメカニズムを示している。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Chorea as a clinical feature of the basophilic inclusion body disease subtype of fused-in-sarcoma-associated frontotemporal lobar degeneration. (2016)
  • Author(s): Kawakami I, Kobayashi Z, Arai T, Yokota O, Nonaka T, Aoki N, Niizato K, Oshima K, Higashi S, Katsuse O, Hosokawa M, Hasegawa M, Akiyama H.
  • Journal Title: Acta Neuropathol Commun. Volume: 4 Pages: 36
  • DOI: 10.1186/s40478-016-0304-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Templated aggregation of TDP-43 by seeding with TDP-43 peptide fibrils. (2016)
  • Author(s): Shimonaka S, Nonaka T, Suzuki G, Hisanaga SI, Hasegawa M
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 291 Pages: 8896-8907
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gain-of-function profilin 1 mutations linked to familial amyotrophic lateral sclerosis cause seed-dependent intracellular TDP-43 aggregation. (2016)
  • Author(s): Tanaka Y, Nonaka T, Suzuki G, Kametani F and Hasegawa M.
  • Journal Title: Hum. Mol. Genet. Volume: 25 Pages: 1420-1433
  • DOI: 10.1093/hmg/ddw024
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Phosphorylation of TAR DNA-binding Protein of 43 kDa (TDP-43) by Truncated Casein Kinase 1δ Triggers Mislocalization and Accumulation of TDP-43. (2016)
  • Author(s): Nonaka T, Suzuki G, Tanaka Y, Kametani F, Hirai S, Okado H, Miyashita T, Saitoe M, Akiyama H, Masai H and Hasegawa M.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 291 Pages: 5473-5483
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Interplay between TDP-43 and docosahexaenoic acid-treated processes in amyotrophic lateral sclerosis. (2016)
  • Author(s): Cacabelosa D, Ayalaa V, Belen Granado-Serranoa A, Jove M, Torresa P, Boadaa J, Cabre R, Ramirez-Nuneza O, Gonzaloa H, Soler-Canterob A, Carlos Enrique Serranoa J, Josep Bellmunta M, Paz Romerob M, Jose Motilvab M, Nonaka T, Hasegawa M, Ferrerd I, Pamplonaa R, and Portero-Otin M.
  • Journal Title: Neurobiol. Dis. Volume: 88 Pages: 148-160
  • DOI: 10.1016/j.nbd.2016.01.007
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Neurodegeneration in Frontotemporal Lobar Degeneration and Motor Neurone Disease associated with expansions in C9orf72 is not associated with aggregated forms of dipeptide repeat proteins. (2016)
  • Author(s): Davidson Y, Robinson AC, Troakes C, Smith B, Al-Saraj S, Shaw C, Rollinson S, Masuda-Suzukake M, Suzuki G, Nonaka T, Pickering-Brown S, Snowden JS, Hasegawa M, Mann DMA.
  • Journal Title: Neuropathol Appl Neurobiol. Volume: 42 Pages: 242-254
  • DOI: 10.1111/nan.12292
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biochemical classification of tauopathies by immunoblot, protein sequence and mass spectrometric analyses of sarkosyl-insoluble and trypsin-resistant tau. (2015)
  • Author(s): Taniguchi-Watanabe S, Arai T, Kametani F, Nonaka T, Masuda-Suzukake M, Tarutani A, Murayama S, Saito Y, Arima K, Yoshida M, Akiyama H, Robinson A, Mann DMA, Iwatsubo T, Hasegawa M.
  • Journal Title: Acta Neuropathol. Volume: 131 Pages: 267-280
  • DOI: 10.1007/s00401-015-1503-3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inositol Hexakisphosphate Kinase 2 Promotes Cell Death in Cells with Cytoplasmic TDP-43 Aggregation. (2015)
  • Author(s): Nagata E, Nonaka T, Moriya Y, Fujii N, Okada Y, Tsukamoto H, Itoh J, Okada C, Satoh T, Arai T, Hasegawa M, Takizawa S.
  • Journal Title: Mol Neurobiol. Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1007/s12035-015-9470-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extracellular association of APP and tau fibrils induces intracellular aggregate formation of tau. (2015)
  • Author(s): Takahashi M, Miyata H, Kametani F, Nonaka T, Akiyama H, Hisanaga SI, Hasegawa M.
  • Journal Title: Acta Neuropathol. Volume: 129 Pages: 895-907
  • DOI: 10.1007/s00401-015-1415-2
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A novel link between C9ORF72 expansion and phosphorylated TDP-43 aggregation. (2015)
  • Author(s): Takashi Nonaka, Genjiro Suzuki, Fuyuki Kametani and Masato Hasegawa
  • Organizer: SFN2015
  • Place of Presentation: Chicago(米国）
  • Year and Date: 2015-10-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] C9ORF72変異型ジペプチドリピート発現によるリン酸化TDP-43の細胞内蓄積 (2015)
  • Author(s): 野中 隆、鈴木元治郎、亀谷富由樹、長谷川成人
  • Organizer: 第34回日本認知症学会
  • Place of Presentation: リンクステーションホール青森（青森県青森市）
  • Year and Date: 2015-10-02
• [Presentation] 患者脳に出現する異常タンパク質凝集体の細胞間伝播：神経変性疾患の新たな発症メカニズムの可能性 (2015)
  • Author(s): 野中 隆
  • Organizer: 第45回日本神経精神薬理学会・第37回日本生物学的精神医学会・合同年会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀(東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2015-09-26
  • Invited
• [Presentation] 患者脳内で不溶化したTDP-43のプリオン様性質 (2015)
  • Author(s): 野中 隆，長谷川成人
  • Organizer: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: あわぎんホール（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2015-06-26
  • Invited