脊髄小脳失調症42型疾患修飾治療開発と光遺伝学的手法を用いた病態基盤の解明

• 研究課題/領域番号: 21K07298
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分51030:病態神経科学関連
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 土井 宏 横浜市立大学, 医学部, 准教授 (10326035)
• 研究分担者: 竹内 英之 横浜市立大学, 医学研究科, 客員教授 (30362213) ; 田中 章景 横浜市立大学, 医学研究科, 教授 (30378012) ; 石川 太郎 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (50547916) ; 國井 美紗子 横浜市立大学, 医学研究科, 客員講師 (80725200)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 脊髄小脳変性症 / カルシウムチャネル / 疾患修飾療法 / 光遺伝学 / CACNA1G

研究開始時の研究の概要

申請者らはCACNA1Gのバリアントに起因するSCA42の表現型を再現するバリアントノックインマウス（Cacna1g_R1723H_KIマウス）を作成し、本モデルマウスが緩徐進行性の失調症状、プルキンエ細胞の変性、電気生理学的異常を呈することを示してきた。本研究ではCacna1g_R1723H_KIマウスを用いてSCAの新たな疾患修飾治療法を開発すること、また光遺伝学的手法を用いて神経変性の病態基盤をin vivoのレベルで解明することを目的とし、T型カルシウムチャネル修飾薬投与実験および電気生理学的解析を施行する。

研究成果の概要

本研究では、T型電位依存性カルシウムチャネル（T-VGCC）CACNA1Gのミスセンスバリアントにより発症する脊髄小脳失調症42型（SCA42）の病態解明、治療法開発を目的とし、SCA42と同等なバリアントをゲノム編集により導入したノックインマウスを用いて、T-VGCC阻害薬投与の効果を確認した。その結果、T-VGCC阻害薬により上記モデルマウスの失調症状、プルキンエ細胞の変性が改善することを確認した。マウス小脳のRNAシーケンス解析では、PI3K-Akt-mTORパスウェイが低下していることが示唆された。また、光遺伝学的手法を応用したin vivoプルキンエ細胞解析系を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

SCA42を含む脊髄小脳変性症に対しては、これまで有効な疾患修飾療法が存在しなかった。本研究では、SCA42モデルマウスの失調症状、神経変性に対しT-VGCC阻害薬投与が有効である可能性を示した。我々は、SCA42治療実現に向けて、基礎となるデータを示すことができたと考えている。SCA42自体は稀少疾患であるが、疾患修飾療法が可能となれば、脊髄小脳変性症治療全体に対して大きなインパクトがあるものと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] RNA Foci in Two bi‐Allelic RFC1 Expansion Carriers (2023)
  • 著者名/発表者名: Wada Taishi、Doi Hiroshi, et al.
  • 雑誌名: Annals of Neurology 巻: 95 号: 3 ページ: 607-613
  • DOI: 10.1002/ana.26848
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lateral olfactory tract usher substance (LOTUS), an endogenous Nogo receptor antagonist, ameliorates disease progression in amyotrophic lateral sclerosis model mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Takuya、Takahashi Keita、Higashi Minatsu、Komiya Hiroyasu、Asano Tetsuya、Ogasawara Akihiro、Kubota Shun、Hashiguchi Shunta、Kunii Misako、Tanaka Kenichi、Tada Mikiko、Doi Hiroshi、Takeuchi Hideyuki、Takei Kohtaro、Tanaka Fumiaki
  • 雑誌名: Cell Death Discovery 巻: 9 号: 1 ページ: 454-454
  • DOI: 10.1038/s41420-023-01758-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-read sequencing revealing intragenic deletions in exome-negative spastic paraplegias (2023)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H., Mizuguchi T., Doi H., Kameyama S., Kunii M., Joki H., Takahashi T., Komiya H., Sasaki M., Miyaji Y., Ohori S., Koshimizu E., Uchiyama Y., Tsuchida N., Fujita A., Hamanaka K., Misawa K., Miyatake S., Tanaka F. and Matsumoto N.
  • 雑誌名: J Hum Genet 巻: 68 号: 10 ページ: 689-697
  • DOI: 10.1038/s10038-023-01170-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Association of biallelic RFC1 expansion with early‐onset Parkinson's disease (2023)
  • 著者名/発表者名: Ylikotila Pauli、Sipila Jussi、Alapirtti Tiina、Ahmasalo Riitta、Koshimizu Eriko、Miyatake Satoko、Hurme‐Niiranen Anri、Siitonen Ari、Doi Hiroshi、Tanaka Fumiaki、Matsumoto Naomichi、Majamaa Kari、Kytovuori Laura
  • 雑誌名: European Journal of Neurology 巻: 30 号: 5 ページ: 1256-1261
  • DOI: 10.1111/ene.15717
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reduced likelihood of the Poggendorff illusion in cerebellar strokes: a clinical and neuroimaging study (2023)
  • 著者名/発表者名: Higashiyama Yuichi、Kuroki Miho、Kudo Yosuke、Hamada Tomoya、Morihara Keisuke、Saito Asami、Miyaji Yosuke、Kimura Katsuo、Joki Hideto、Kishida Hitaru、Doi Hiroshi、Ueda Naohisa、Takeuchi Hideyuki、Johkura Ken、Tanaka Fumiaki
  • 雑誌名: Brain Communications 巻: 5 号: 2
  • DOI: 10.1093/braincomms/fcad053
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cerebellar ataxia with neuropathy and vestibular areflexia syndrome (CANVAS) (2023)
  • 著者名/発表者名: 土井宏、田中章景
  • 雑誌名: 脳神経内科 巻: 99 ページ: 518-526
• [雑誌論文] Anti-inflammatory effects of siponimod on astrocytes (2022)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Ogasawara, ・・Hiroshi Doi, Fumiaki Tanaka
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 184 ページ: 38-46
  • DOI: 10.1016/j.neures.2022.08.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid and comprehensive diagnostic method for repeat expansion diseases using nanopore sequencing (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoko Miyatake, Eriko Koshimizu, Atsushi Fujita, Hiroshi Doi, et al.
  • 雑誌名: npj Genomic Medicine 巻: 7 号: 1 ページ: 62-62
  • DOI: 10.1038/s41525-022-00331-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphorylated CRMP1, axon guidance protein, is a component of spheroids and is involved in axonal pathology in amyotrophic lateral sclerosis (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuko, Kawamoto・・・Hiroshi Doi, et al.
  • 雑誌名: Frontiers in Neurology 巻: 13 ページ: 994676-994676
  • DOI: 10.3389/fneur.2022.994676
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Patients with biallelic GGC repeat expansions in NOTCH2NLC exhibiting a typical neuronal intranuclear inclusion disease phenotype (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Kameyama, Takeshi Mizuguchi, Hiroshi Doi, et al.
  • 雑誌名: Genomics 巻: 114 号: 5 ページ: 110469-110469
  • DOI: 10.1016/j.ygeno.2022.110469
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ocular flutter as the presenting manifestation of autoimmune glial fibrillary acidic protein astrocytopathy (2022)
  • 著者名/発表者名: Taishi Wada・・・Doi Hiroshi Doi, et al.
  • 雑誌名: Clinical Neurology and Neurosurgery 巻: 219 ページ: 107307-107307
  • DOI: 10.1016/j.clineuro.2022.107307
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultrasonographic evaluation reveals thinning of cervical nerve roots and peripheral nerves in spinal and bulbar muscular atrophy (2022)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Watanabe, Hiroshi Doi, et al.
  • 雑誌名: Neurological Sciences 巻: 43 号: 7 ページ: 4267-4274
  • DOI: 10.1007/s10072-022-05969-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parallel Appearance of Polyglutamine and Transactivation-Responsive DNA-Binding Protein 43 and Their Complementary Subcellular Localization in Brains of Patients With Spinocerebellar Ataxia Type 2. (2022)
  • 著者名/発表者名: Koyano S, Yagishita S, Tada M, Doi H, Uchihara T, Tanaka F
  • 雑誌名: JOURNAL OF NEUROPATHOLOGY AND EXPERIMENTAL NEUROLOGY 巻: - 号: 7 ページ: 535-544
  • DOI: 10.1093/jnen/nlac032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhibition of Crmp1 phosphorylation at Ser522 ameliorates motor function and neuronal pathology in amyotrophic lateral sclerosis model mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Asano Tetsuya、Nakamura Haruko、Kawamoto Yuko、Tada Mikiko、Kimura Yayoi、Takano Hiroshi、Yao Ryoji、Saito Hiroya、Ikeda Takuya、Komiya Hiroyasu、Kubota Shun、Hashiguchi Shunta、Takahashi Keita、Kunii Misako、Tanaka Kenichi、Goshima Yoshio、Nakamura Fumio、Takeuchi Hideyuki、Doi Hiroshi、Tanaka Fumiaki
  • 雑誌名: eneuro 巻: - 号: 3 ページ: 0133-22
  • DOI: 10.1523/eneuro.0133-22.2022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Repeat conformation heterogeneity in cerebellar ataxia, neuropathy, vestibular areflexia syndrome (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyatake S, Yoshida K, Koshimizu E, others, Miyake N, Shimohata T, Tanaka F, Mizuguchi T, Matsumoto N.
  • 雑誌名: Brain 巻: 145 号: 3 ページ: 1139-1150
  • DOI: 10.1093/brain/awab363
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biallelic expansion in RFC1 as a rare cause of Parkinson’s disease (2022)
  • 著者名/発表者名: Kytovuori Laura、Sipila Jussi、Doi Hiroshi、Hurme-Niiranen Anri、Siitonen Ari、Koshimizu Eriko、Miyatake Satoko、Matsumoto Naomichi、Tanaka Fumiaki、Majamaa Kari
  • 雑誌名: npj Parkinson's Disease 巻: 8 号: 1 ページ: 6-6
  • DOI: 10.1038/s41531-021-00275-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hornerin deposits in neuronal intranuclear inclusion disease: direct identification of proteins with compositionally biased regions in inclusions (2022)
  • 著者名/発表者名: Park Hongsun、Yamanaka Tomoyuki、Toyama Yumiko、Fujita Atsushi、Doi Hiroshi、Nirasawa Takashi、Murayama Shigeo、Matsumoto Naomichi、Shimogori Tomomi、Ikegawa Masaya、Haltia Matti J.、Nukina Nobuyuki
  • 雑誌名: Acta Neuropathologica Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 28-28
  • DOI: 10.1186/s40478-022-01333-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ablation of interleukin-19 improves motor function in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis (2021)
  • 著者名/発表者名: Komiya Hiroyasu、Takeuchi Hideyuki、Ogawa Yuki、Suzuki Kosuke、Ogasawara Akihiro、Takahashi Keita、Azuma Yasu-Taka、Doi Hiroshi、Tanaka Fumiaki
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 14 号: 1 ページ: 74-74
  • DOI: 10.1186/s13041-021-00785-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete sequencing of expanded SAMD12 repeats by long-read sequencing with Cas9-mediated enrichment. (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizuguchi T, Toyota T, Miyatake S, Mitsuhashi S, Doi H, Kudo Y, Kishida H, Hayashi N, Tusburaya RS, Kinoshita M, Fukuyama T, Fukuda H, Koshimizu E, Tsuchida N, Uchiyama Y, Fujita A, Takata A, Miyake N, Kato M, Tanaka F, Adachi H, Matsumoto N.
  • 雑誌名: Brain 巻: 144 号: 4 ページ: 1103-1117
  • DOI: 10.1093/brain/awab021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Therapeutic efficacy of heparin and direct factor Xa inhibitors in cancer-associated cryptogenic ischemic stroke with venous thromboembolism (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamaura Genpei、Ito Takeshi、Miyaji Yosuke、Ueda Naohisa、Nakae Yoshiharu、Momoo Takayuki、Nakano Tatsu、Johmura Yuji、Higashiyama Yuichi、Joki Hideto、Doi Hiroshi、Takeuchi Hideyuki、Takahashi Tatsuya、Koyano Shigeru、Yamaguchi Shigeki、Yokoyama Mutsumi、Tanaka Fumiaki
  • 雑誌名: Thrombosis Research 巻: 206 ページ: 99-103
  • DOI: 10.1016/j.thromres.2021.08.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular epidemiology of hereditary ataxia in Finland (2021)
  • 著者名/発表者名: Lipponen Joonas、Helisalmi Seppo、Raivo Joose、Siitonen Ari、Doi Hiroshi、Rusanen Harri、Lehtilahti Maria、Ryytty Mervi、Laakso Markku、Tanaka Fumiaki、Majamaa Kari、Kytovuori Laura
  • 雑誌名: BMC Neurology 巻: 21 号: 1 ページ: 382-382
  • DOI: 10.1186/s12883-021-02409-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Father-to-offspring transmission of extremely long NOTCH2NLC repeat expansions with contractions: genetic and epigenetic profiling with long-read sequencing (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukuda H, Yamaguchi D, Nyquist K, Yabuki Y, Miyatake S, Uchiyama Y, Hamanaka K, Saida K, Koshimizu E, Tsuchida N, Fujita A, Mitsuhashi S, Ohbo K, Satake Y, Sone J, Doi H, Morihara K, Okamoto T, Takahashi Y, Wenger AM, Shioda N, Tanaka F, Matsumoto N, Mizuguchi T
  • 雑誌名: Clin Epigenetics 巻: 13 号: 1 ページ: 204-204
  • DOI: 10.1186/s13148-021-01192-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Prenatal clinical manifestations in individuals with COL4A1/2 variants (2020)
  • 著者名/発表者名: Itai T, Miyatake S, Taguri M, Nakashima M, Saitsu H, Matsumoto N et al.
  • 雑誌名: J Med Genet 巻: 0 号: 8 ページ: 106896-106896
  • DOI: 10.1136/jmedgenet-2020-106896
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Analysis of genetic background of adult leukoencephalopathies. (2023)
  • 著者名/発表者名: 土井宏, 大久保正紀, 深井綾子, 國井美紗子, 和田大司, 岸田日帯, 工藤洋祐, 山口滋紀, 高橋慶太, 多田美紀子, 宮武聡子, 伊藤泰広, 上田直久, 児矢野繁, 竹内英之, 松本直通, 田中章景
  • 学会等名: 第64回日本神経学会学術大会
• [学会発表] Pathological evaluations of patients of CANVAS with biallelic expansion of AAGGG and ACAGG repeats. (2023)
  • 著者名/発表者名: 和田大司, 土井宏, 大久保正紀, 多田美紀子, 上田直久, 冨永和奏, 小池春樹, 細田航平, 中村治子, 高橋慶太, 國井美紗子, 宮地洋輔, 東山雄一, 宮武聡子, 勝野雅央, 藤井誠志, 松本直通, 竹内英之, 田中章景
  • 学会等名: 第64回日本神経学会学術大会
• [学会発表] Ethosuximide improves clinical and pathological phenotypes of SCA42 mouse model. (2022)
  • 著者名/発表者名: Shunta Hashiguchi, Hiroshi Doi, Masaki Okubo, Misako Kunii, Keita Takahashi, Mikiko Tada, Kenichi Tanaka, Hideyuki Takeuchi, Taro Ishikawa, Fumiaki Tanaka
  • 学会等名: 第63回日本神経学会学術大会
• [学会発表] Ethosuximide improves clinical and pathological phenotypes of SCA42 mouse model. (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Okubo, Hiroshi Doi, Shunta Hashiguchi, Misako Kunii, Keita Takahashi, Mikiko Tada, Kenichi Tanaka, Hideyuki Takeuchi, Taro Ishikawa, Fumiaki Tanaka
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
• [学会発表] Identification of intronic repeat expansion of RFC1 by long-read sequencer. (2021)
  • 著者名/発表者名: 土井宏、中村治子、宮武聡子、三橋里美、水口剛、大久保正紀、工藤洋祐、浅野徹也、國井美紗子、田中健一、多田美紀子、上木英人、竹内英之、松本直通、田中章景
  • 学会等名: 第62回日本神経学会学術大会