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、バクテリオファージ蛋白質MS2を用いたRNA可視化システムにより、リボソーム蛋白質mRNAがTDP-43あるいはFUSと共局在しそれにより軸索へ輸送されること、神経細胞で軸索局所翻訳促進作用を持つbrain-derived neurotrophic factor（BDNF）により軸索内のリボソーム蛋白質mRNAの蛋白質への翻訳がみられ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　ALS患者剖検組織軸索分画を用いた解析により、同分画内で発現低下している遺伝子としてRNA修飾に関連する遺伝子Xを同定した。また昨年度同様、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TDP-43、FUSそれぞれの発現を低下させ、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、未だ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　遺伝子Xを発現するレンチウイルスベクター系を構築した。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を用い、遺伝子Xの発現上昇による神経変性抑制効果を検討中である。

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、依然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いない。

今後の研究の推進方策

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、さらに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。さらにこの手法による解析で結果が得られない可能性を考え、患者剖検神経組織を用いた解析など、他の手法での標的mRNAの同定を進めている。

研究成果

• [雑誌論文] Dysregulation of stress granule dynamics by DCTN1 deficiency exacerbates TDP-43 pathology in Drosophila models of ALS/FTD. (2024)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Acta Neuropathol Commun 巻: 12 号: 1 ページ: 20-20
  • DOI: 10.1186/s40478-024-01729-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lysophagy protects against propagation of α-synuclein aggregation through ruptured lysosomal vesicles (2023)
  • 著者名/発表者名: Kakuda Keita、Ikenaka Kensuke、Kuma Akiko、Doi Junko、Aguirre Cesar、Wang Nan、Ajiki Takahiro、Choong Chi-Jing、Kimura Yasuyoshi、Badawy Shaymaa Mohamed Mohamed、Shima Takayuki、Nakamura Shuhei、Baba Kousuke、Nagano Seiichi、Nagai Yoshitaka、Yoshimori Tamotsu、Mochizuki Hideki
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 121 号: 1
  • DOI: 10.1073/pnas.2312306120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RGMa collapses the neuronal actin barrier against disease-implicated protein and exacerbates ALS. (2023)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Sci Adv 巻: 9 号: 47 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1126/sciadv.adg3193
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate interacts with alpha-synuclein and initiates its aggregation and formation of Parkinson’s disease-related fibril polymorphism (2023)
  • 著者名/発表者名: Choong Chi-Jing、Aguirre Cesar、Kakuda Keita、Beck Goichi、Nakanishi Hiroki、Kimura Yasuyoshi、Shimma Shuichi、Nabekura Kei、Hideshima Makoto、Doi Junko、Yamaguchi Keiichi、et al.
  • 雑誌名: Acta Neuropathologica 巻: 145 号: 5 ページ: 573-595
  • DOI: 10.1007/s00401-023-02555-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] 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] 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)
  • 著者名/発表者名: 長野清一．
  • 雑誌名: 細胞 巻: 55 ページ: 858-861
• [雑誌論文] 神経変性疾患に対する遺伝子治療の展望． (2023)
  • 著者名/発表者名: 長野清一，望月秀樹．
  • 雑誌名: 実験医学増刊「いま新薬で加速する神経変性疾患研究」 巻: 41 ページ: 2020-2026
• [雑誌論文] 神経変性疾患に対する遺伝子治療の現況． (2023)
  • 著者名/発表者名: 長野清一，望月秀樹．
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 285 ページ: 435-439
• [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] 神経難病の診断、治療、ケア． (2024)
  • 著者名/発表者名: 長野清一．
  • 学会等名: 阪神北圏域リハビリテーション支援センター研修会
  • 招待講演
• [学会発表] 筋萎縮性側索硬化症（ALS）の病態と治療． (2023)
  • 著者名/発表者名: 長野清一．
  • 学会等名: 豊中市薬剤師会Web研修会
  • 招待講演
• [学会発表] A case of familial ALS with a novel mutation in the ANXA11 gene. (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagano S, Ogawa K, Sakurai R, Ozono T, Ikenaka K, Mochizuki H.
  • 学会等名: 34th International Symposium on ALS/MND
  • 国際学会
• [学会発表] ALSの遺伝子治療に向けた新たな試み． (2023)
  • 著者名/発表者名: 長野清一．
  • 学会等名: 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
  • 招待講演
• [学会発表] 筋萎縮性側索硬化症における生命金属の役割． (2023)
  • 著者名/発表者名: 長野清一．
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] A case of familial ALS with a novel mutation in the ANXA11 gene. (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagano S, Ogawa K, Sakurai R, Ozono T, Ikenaka K, Mochizuki H.
  • 学会等名: Pan-Asian Consortium for Treatment and Research in ALS 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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．
  • 学会等名: 第29回日本遺伝子細胞治療学会学術集会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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．
  • 学会等名: 第29回日本遺伝子細胞治療学会学術集会
• [学会発表] ALSの遺伝子治療に向けた新たな試み． (2023)
  • 著者名/発表者名: 長野清一．
  • 学会等名: 第29回日本遺伝子細胞治療学会学術集会市民公開講座
  • 招待講演
• [学会発表] Role of axonal mRNA transport and translational regulation in neurodegenerative diseases. (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagano S.
  • 学会等名: 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
  • 招待講演
• [学会発表] 神経変性疾患における酸化ストレスの役割． (2023)
  • 著者名/発表者名: 長野清一．
  • 学会等名: 第76回日本酸化ストレス学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 長野清一．
  • 学会等名: 脳神経内科における便秘治療を考える会
  • 招待講演
• [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
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://sites.google.com/view/uosaka-med-neurother/home/