NEK1を介する細胞内シグナル伝達機構の破綻が引き起こすALS病態の解明

• 研究課題/領域番号: 22K15702
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分52020:神経内科学関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 渡辺 靖章 東北大学, 医学系研究科, 助教 (70897735)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2024年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: NEK1 / リン酸化 / ALS / 筋萎縮性側索硬化症 / RNA結合タンパク質 / シグナル伝達経路 / 翻訳後修飾

研究開始時の研究の概要

翻訳後修飾の異常はALSの主要な病態のひとつである。申請者は、ALS関連遺伝子NEK1の翻訳産物が別のALS関連遺伝子のタンパク質であるC21ORF2のリン酸化を介して発現量を自己調節していることなどを報告したが、NEK1は他にも多様な基質タンパク質を持ち、様々なシグナル経路を介してALS病態に関与することが想定される。本研究ではNEK1の酵素活性を制御する機構を明らかにし、基質タンパク質のリン酸化の病的意義を解明する。

研究実績の概要

本研究では、孤発性を含む筋萎縮性側索硬化症 (ALS) のリスク遺伝子であるNever in mitosis gene A-related Kinase 1 (NEK1) の翻訳産物であるセリン・ スレオニンキナーゼNEK1に着目し、リン酸化の標的となる基質タンパク質を同定した上で、運動ニューロン死というALSの根本的病態に至るカスケードの一旦を解明することを目的としている。
NEK1は機能喪失によりALS病態に関わることが知られているが、申請者の先行研究により、NEK1は機能未知のタンパク質C21ORF2を基質とし、そのリン酸化が運動ニューロンの表現型異常を引き起こすことが示された。これまでに、C21ORF2のほかにも、ALS病態に関わることが予想されるNEK1の基質タンパク質を複数同定できた。ALSの運動ニューロン病理におけるTDP-43の核外移行・凝集体形成などからRNA代謝障害はALSの主要病態と想定されているが、申請者はALSで変異が報告されているRNA結合タンパク質の一つであるMatrin-3がNEK1の基質タンパク質となっていることに着目し、リン酸化がMatrin-3の機能に与える影響の解明を試みてきた。Matrin-3がどのようなmRNA のスプライシングに関わっているかを探るため、CRISPR/Cas9でMATR3のノックアウト細胞およびALS変異をノックインしたSH-SY5Y細胞を作出した。それらの細胞を用いて行なったRNAシークエンスの結果解析、RT-PCRでの確認により、Matrin-3の標的となっているmRNAを複数同定できた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

Matrin-3のノックアウト、およびALS変異ノックイン細胞の両者で共通の遺伝子のスプライシング変化が生じていることを見出した。その遺伝子はハプロ不全により精神神経症状をきたすことが知られている遺伝子であり、TDP-43の有無によってもスプライシングが変化することが判明しているため、追及すべき標的と考えられた。しかし、NEK1のリン酸化の違いによってMatrin-3のスプライシング制御能が変化するという確固たる証拠は得られていない。他にも、タンパク質のリン酸化がALSの病態に影響を与えうるような基質タンパク質候補が複数同定できているが、リン酸化の有無の違いで表現型を確認できるような実験系の構築は現在まで完了に至っていない。

今後の研究の推進方策

NEK1によるリン酸化がMatrin-3のスプライシング制御能に与える影響は確認できなかったものの、ネクロトーシスに関わるRIPK1や、ALSで変異が報告され、かつ小胞体関連タンパク質分解に関わるVCPも、これまでにNEK1の基質タンパク質なっていることをPhostagを用いたリン酸化解析によって確認することができた。今後は、これらのタンパク質の機能や安定性がNEK1を介したリン酸化によりどのように変化するかを確認する方針としている。