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神経変性過程の抑制を標的としたエンドソーム経路の機能改変

Research Project

Project/Area Number 19K22275
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

柴田 秀樹  名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (30314470)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywordsエンドソーム / 神経変性疾患 / ESCRT / アネキシン / カルシウム
Outline of Research at the Start

神経変性疾患の共通の病変として異常なアミロイド様の凝集体形成があげられる。これまでに様々な神経変性疾患の発症に関連する遺伝子変異が同定されたが、その中にはエンドソーム経路で機能する蛋白質をコードする遺伝子の変異が複数知られている。本研究では、培養細胞系を用いて、これら変異体の発現が異常凝集体の分解、増幅、分泌に及ぼす影響を明らかにする。また、疾患関連変異体が相互作用する蛋白質を同定する。同定された蛋白質の発現量や機能の操作がエンドソーム経路を介した凝集体の分解機能を亢進するかを検証し、エンドソームの機能改変による異常凝集体の毒性の低減および伝搬の抑制を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

筋萎縮性側索硬化症やパーキンソン病などは加齢に伴い発症する神経変性疾患であり、その発症と病態進行には細胞内における異常凝集体の形成と増幅、そして細胞外への分泌と伝搬が関わっている。研究代表者らは、アネキシンA11遺伝子に筋委縮性軸索硬化症の発症に関わる遺伝子変異を同定し報告している。アネキシンA11とその相互作用蛋白質であるALG-2がオルガネラ限界膜に損傷をうけたエンドソーム系オルガネラに動員されること、また神経変性疾患に関わる遺伝子変異にはエンドソーム経路の制御蛋白質をコードする遺伝子が複数含まれることに注目し、異常凝集体の形成と伝搬におけるエンドソーム系オルガネラの傷害応答との関連を明らかにすることを目指した。今年度は、以下の解析を進めた。
(1)アネキシンA11およびALG-2、損傷膜の修復を担うESCRT(endosomal sorting complex required transport)関連蛋白質ALIXの発現抑制が、損傷リソソームのオートファジーによる除去(リソファジー)と細胞死に及ぼす影響を解析したが、それらに影響はなかった。一方で、ALG-2とヘテロ二量体を形成するpeflinの発現抑制により、リソファジーが抑制され、リソソーム損傷後の細胞死が促進されることを見出した。
(2)ALG-2とALIXの損傷リソソームへの動員には、それぞれ互いの蛋白質が必要であることを発現抑制実験により明らかにした。
(3)筋萎縮性側索硬化症で観察される凝集体を構成するTDP-43の凝集体形成と細胞外分泌を高感度かつ簡便に検出する実験系を確立することを目的として、蛍光蛋白質および深海エビ由来発光酵素の小サブユニットのTDP-43融合蛋白質を発現する細胞株を樹立した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

エンドソーム系オルガネラの損傷修復機構の一端を明らかにするとともに、筋委縮性側索硬化症で観察されるTDP-43の凝集体形成と分泌をモニター可能な実験系を確立した。アネキシンA11を含むエンドソーム制御蛋白質の変異体を発現させたり、エンドソーム膜修復を担う蛋白質を発現抑制させたりすることによるTDP-43の挙動追跡が可能であることからエンドソーム機能の改変に向けた下地が整ってきており、おおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

神経変性疾患で形成されるアミロイド様凝集体は、エンドソーム系オルガネラの膜損傷を引き起こす可能性がある。そして、損傷修復応答がさらなる凝集体の形成の誘導と細胞死の惹起、また凝集体の細胞外分泌を促進する可能性が考えられる。今後は、樹立したTDP-43の融合蛋白質発現細胞を活用する。具体的には神経変性疾患の発症に関連する変異体の発現がエンドソーム経路に及ぼす影響を観察する。また、エンドソーム経路に動員されるESCRTおよびカルシウム結合蛋白質の過剰発現と発現抑制により、TDP-43の分解誘導が可能かどうかを検討する。そして、凝集体形成と細胞死を抑制可能とするエンドソーム機能改変のためのデータを取得する。

Report

(2 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(9 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] University College London/King’ s College London(英国)

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] University College London/King’s College London(英国)

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Journal Article] The Novel ALG-2 Target Protein CDIP1 Promotes Cell Death by Interacting with ESCRT-I and VAPA/B2021

    • Author(s)
      Inukai Ryuta、Mori Kanako、Kuwata Keiko、Suzuki Chihiro、Maki Masatoshi、Takahara Terunao、Shibata Hideki
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 22 Pages: 1175-1175

    • DOI

      10.3390/ijms22031175

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Amino acid-dependent control of mTORC1 signaling: a variety of regulatory modes2020

    • Author(s)
      Takahara Terunao、Amemiya Yuna、Sugiyama Risa、Maki Masatoshi、Shibata Hideki
    • Journal Title

      Journal of Biomedical Science

      Volume: 27 Pages: 87-87

    • DOI

      10.1186/s12929-020-00679-2

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] SH3YL1 cooperates with ESCRT-I in the sorting and degradation of the EGF receptor2019

    • Author(s)
      Hasegawa Junya、Jebri Imen、Yamamoto Hikaru、Tsujita Kazuya、Tokuda Emi、Shibata Hideki、Maki Masatoshi、Itoh Toshiki
    • Journal Title

      Journal of Cell Science

      Volume: 132 Pages: 229179-229179

    • DOI

      10.1242/jcs.229179

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Ca2+結合タンパク質ALG-2の損傷リソソーム動員機構の解析2020

    • Author(s)
      川野琢己、舟橋里帆、高原照直、牧正敏、柴田秀樹
    • Organizer
      第72回日本細胞生物学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 損傷リソソームへのCa2+結合タンパク質ALG-2動員の分子機構解析2020

    • Author(s)
      川野琢己、舟橋里帆、森花菜子、桑田啓子、牧正敏、高原照直、柴田秀樹
    • Organizer
      第43回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 損傷リソソームへのカルシウム結合タンパク質の動員とその役割の解析2019

    • Author(s)
      川野琢己、林本敬大、高原照直、牧正敏、柴田秀樹
    • Organizer
      第19回 日本蛋白質化学会年会 第71回 日本細胞生物学会大会 合同年次大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Remarks] 名古屋大学大学院生命農学研究科分子細胞制御学研究室ホームページ

    • URL

      https://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~mcr/

    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

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