神経軸索内局所翻訳機構に着目したALS/FTLDの病態解明と治療法開発

• 研究課題/領域番号: 21H02841
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分52020:神経内科学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 長野 清一 大阪大学, 大学院医学系研究科, 寄附講座教授 (40362727)
• 研究分担者: 永井 義隆 近畿大学, 医学部, 教授 (60335354) ; 池中 建介 大阪大学, 大学院医学系研究科, 助教 (70774058)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 筋萎縮性側索硬化症 / 前頭側頭葉変性症 / 神経軸索 / 局所翻訳

研究開始時の研究の概要

ALS、FTLDではRNA結合蛋白質TDP-43の細胞内沈着を認める。我々はTDP-43による神経軸索へのmRNA輸送標的としてリボソーム蛋白質（RP）mRNAを同定し、ALS/FTLDではRP mRNA軸索輸送の障害による軸索局所でのリボソームの翻訳機能の低下が病態に関与することを示した。本研究ではTDP-43以外のALS/FTLD原因遺伝子C9orf72、FUSの変異も同様に局所翻訳機能の低下により発症に関わると考え、神経細胞・ハエ・線虫モデルを用いて局所翻訳機能障害とそれにより神経変性に関与するmRNAの検証を行う。さらに同モデルにより翻訳促進遺伝子や薬剤の神経変性抑制効果を解析する。

研究実績の概要

本研究では筋萎縮性側索硬化症（ALS）および前頭側頭葉変性症（FTLD）における神経変性現象の共通誘因として神経細胞内、特に軸索での蛋白質翻訳機能の破綻が関与しているか、この局所翻訳機能の異常により軸索で翻訳が障害されて神経変性を誘発するmRNAは何かにつき、各ALS/FTLD原因遺伝子変異を導入した培養神経・動物モデルを用いて検証する。本年度は以下の研究を行った。
①ALS/FTLD原因遺伝子変異による局所翻訳機能障害、神経変性の解析　　微小流体チャンバー、多孔性挿入式チャンバーを用いたマウス胎児神経細胞の区画培養系でレンチウイルスベクターによりTDP-43、FUSそれぞれの野生型および変異型を過剰発現、あるいはshRNAにより発現低下させた。各条件の軸索分画を用いて解析を行い、変異型TDP-43、FUSの過剰発現もしくはTDP-43、FUSの発現低下により、リボソーム蛋白質mRNAが軸索で減少すること、軸索での局所蛋白質翻訳機能が低下すること、神経変性が増加することを明らかにした。
②局所翻訳機能障害により神経変性を生じる生存必須mRNAの同定　　多孔性挿入式チャンバーを用いたマウス胎児神経細胞の区画培養系でshRNA発現レンチウイルスベクターによりTDP-43、FUSそれぞれの発現を低下させた。各条件の軸索分画を用いて翻訳活性の高いmRNAの抽出、同定を試みているが、解析に十分な量の試料が得られておらず、今後さらに条件検討が必要である。
③ALS/FTLD原因遺伝子による神経変性の翻訳機能是正による抑制効果の解析　　①と同様にしてshRNA発現レンチウイルスベクターによりTDP-43、FUSそれぞれの発現を低下させたマウス胎児神経細胞の区画培養系を用い、リボソーム蛋白質の発現上昇により神経変性が抑制されることを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

局所翻訳機能障害により神経変性を生じる生存必須mRNAを同定するため、多孔性挿入式チャンバーを用いてshRNA発現レンチウイルスベクターによりTDP-43、FUSそれぞれの発現を低下させたマウス胎児神経細胞の区画培養を行い、各条件の軸索分画を用いて翻訳活性の高いmRNAの抽出、同定を試みているが、回収できる軸索分画の量が少ないために解析に十分な量の試料が得られておらず、今後さらに条件検討が必要である。

今後の研究の推進方策

①ALS/FTLD原因遺伝子変異による局所翻訳機能障害、神経変性の解析、および③ALS/FTLD原因遺伝子による神経変性の翻訳機能是正による抑制効果の解析については、計画通り研究を進めるとともに、②局所翻訳機能障害により神経変性を生じる生存必須mRNAの同定については、培養細胞数を増やす、使用する検体数を増やすなどにより試料量の確保を行った上で、目標とするmRNAの同定ができるよう対策を講じていく。

研究成果

• [雑誌論文] Crosstalk between Oxidatibve Stress and Aging in Neurodegeneration Disorders. (2023)
  • 著者名/発表者名: Abdelhamid RF, Nagano S.
  • 雑誌名: Cells 巻: 12 号: 5 ページ: 753-753
  • DOI: 10.3390/cells12050753
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sustained therapeutic benefits by transient reduction of TDP-43 using ENA-modified antisense oligonucleotides in ALS/FTD mice. (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi T., Maeta K., Xin D., Oe Y., Takeda A., Inoue M., Nagano S., Fujihara T., Matsuda S., Ishigaki S., Sahashi K., Minakawa E.N., Mochizuki H., Neya M., Sobue G., *Nagai Y.
  • 雑誌名: Mol. Ther. Nucleic Acids 巻: 31 ページ: 353-366
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2023.01.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An Exploratory Trial of EPI-589 in Amyotrophic Lateral Sclerosis (EPIC-ALS): Protocol for a Multicenter, Open-Labeled, 24-Week, Single-Group Study. (2023)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: JMIR Res Protoc. 巻: 12 ページ: e42032-e42032
  • DOI: 10.2196/42032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MDMX elevation by a novel Mdmx?p53 interaction inhibitor mitigates neuronal damage after ischemic stroke (2022)
  • 著者名/発表者名: Yan Haomin、Sasaki Tsutomu、Kanki Hideaki、Hirata Yoshiyuki、Nishiyama Kumiko、Hisada Sunao、Matsumura Shigenobu、Nagaoka Yasuo、Sumiyoshi Takaaki、Nagano Seiichi、Nakata Akiko、Yoshida Minoru、Uesato Shinichi、Mochizuki Hideki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 21110-21110
  • DOI: 10.1038/s41598-022-25427-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pharmacotherapy alleviates pathological changes in human direct reprogrammed neuronal cell model of myotonic dystrophy type 1. (2022)
  • 著者名/発表者名: Eltahir MK, Nakamori M, Hattori S, Kimura T, Mochizuki H, Nagano S.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 17 号: 7 ページ: e0269683-e0269683
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0269683
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Serum asymmetric dimethylarginine level correlates with the progression and prognosis of amyotrophic lateral sclerosis. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikenaka K, Maeda Y, Hotta Y, Nagano S, Yamada S, Ito D, Torii R, Kakuda K, Tatebe H, Atsuta N, Aguirre C, Kimura Y, Baba K, Tokuda T, Katsuno M, Kimura K, Sobue G, Mochizuki H.
  • 雑誌名: Eur J Neurol. 巻: 29（5） 号: 5 ページ: 1410-1416
  • DOI: 10.1111/ene.15254
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] piRNA/PIWI Protein Complex as a Potential Biomarker in Sporadic Amyotrophic Lateral Sclerosis (2022)
  • 著者名/発表者名: Abdelhamid Rehab F.、Ogawa Kotaro、Beck Goichi、Ikenaka Kensuke、Takeuchi Eriko、Yasumizu Yoshiaki、Jinno Jyunki、Kimura Yasuyoshi、Baba Kousuke、Nagai Yoshitaka、Okada Yukinori、Saito Yuko、Murayama Shigeo、Mochizuki Hideki、Nagano Seiichi
  • 雑誌名: Molecular Neurobiology 巻: 59 号: 3 ページ: 1693-1705
  • DOI: 10.1007/s12035-021-02686-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Two-step screening method to identify α-synuclein aggregation inhibitors for Parkinson’s disease (2022)
  • 著者名/発表者名: Hideshima Makoto、Kimura Yasuyoshi、Aguirre Cesar、Kakuda Keita、Takeuchi Toshihide、Choong Chi-Jing、Doi Junko、Nabekura Kei、Yamaguchi Keiichi、Nakajima Kichitaro、Baba Kousuke、Nagano Seiichi、Goto Yuji、Nagai Yoshitaka、Mochizuki Hideki、Ikenaka Kensuke
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 351-351
  • DOI: 10.1038/s41598-021-04131-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ALSにおける最近の研究動向 (2022)
  • 著者名/発表者名: 長野清一
  • 学会等名: ALS市民公開講座from大阪
  • 招待講演
• [学会発表] 筋萎縮性側索硬化症（ALS）における局所翻訳機能障害 (2022)
  • 著者名/発表者名: 長野清一
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 神経変性疾患におけるバイオメタルの役割 (2022)
  • 著者名/発表者名: 長野清一
  • 学会等名: メタルバイオサイエンス研究会2022
  • 招待講演
• [学会発表] ALSの遺伝子治療 (2022)
  • 著者名/発表者名: 長野清一、佐々木勉、望月秀樹
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
  • 招待講演