シーディングによる脳内環境の破綻伝播メカニズムの解明

• 研究領域: 脳内環境：恒常性維持機構とその破綻
• 研究課題/領域番号: 24111542
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 古川 良明 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (40415287)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円); 2013年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2012年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
• キーワード: タンパク質 / ミスフォールディング / 神経変性疾患 / アミロイド / 凝集 / 蛋白質

研究概要

DNA/RNA結合タンパク質であるFUS（TLS）をコードする遺伝子への変異は、家族性の筋萎縮性側索硬化症の原因として報告されている。さらに、病因性変異はFUSの核内移行シグナルとして機能するC末端領域に数多く同定されており、変異型FUSは細胞質に異常に蓄積することで本来の機能を喪失することが提案されている。しかし、C末端領域以外にも多くの病因性変異が見つかっており、そのような変異型FUSは野生型と同様に核内に局在することから、変異型FUSによるALSの分子病理メカニズムは明らかでない。
そこで、野生型及び各種のALS変異型FUSタンパク質を作製・精製し、その凝集反応を試験管内で比較検討したところ、核内移行シグナルに影響を及ぼさない病因性変異（G156E）はFUSの凝集性を増大させ、アミロイド様の線維を形成することが分かった。また、G156E変異型FUSはヒト神経芽細胞腫SH-SY5Yやラット海馬神経初代培養細胞において、核内で凝集体を形成することを明らかにした。興味深いことに、G156E変異型FUSが核内に凝集体を形成した神経細胞では、MAP2の染色性が低下しており、何らかのダメージを受けていることが示唆された。さらに、G156E変異型FUSが形成する線維はシードとして機能することで、野生型FUSを線維化させることが分かった。実際、核内に形成するG156E変異型FUSの凝集体には、野生型FUSが共局在していることが明らかとなった。
つまり、細胞内局在に影響を及ぼさないアミノ酸変異であっても、FUSの凝集性を増大させる変異が存在することが分かった。そのような変異型FUSが核内で形成する線維状凝集体は、シードとして野生型FUSの線維化を促進することができ、FUSの生理機能を「雪だるま式」に低下させることで、神経細胞死を引き起こすと考えられた。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Intranuclear aggregation of mutant FUS/TLS as a molecular pathomechanism of amyotrophic lateral sclerosis (2014)
  • 著者名/発表者名: Nomura, T., Watanabe, S., Kaneko, K., Yamanaka, K., Nukina, N. & Furukawa, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 号: 2 ページ: 1192-1202
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.516492
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A seeded propagation of Cu,Zn-superoxide dismutase aggregates in amyotrophic lateral sclerosis (2014)
  • 著者名/発表者名: Mariko Ogawa and Yoshiaki Furukawa
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 8 ページ: 1-5
  • DOI: 10.3389/fncel.2014.00083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox environment is an intracellular factor to operate distinct pathways for aggregation of Cu,Zn-superoxide dismutase in amyotrophic lateral sclerosis (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 7 ページ: 1-9
  • DOI: 10.3389/fncel.2013.00240
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intracellular seeded aggregation of mutant Cu,Zn-superoxide dismutase associated with amyotrophic lateral sclerosis (2013)
  • 著者名/発表者名: Furukawa, Y., Kaneko, K., Watanabe, S., Yamanaka, K. & Nukina, N.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 巻: 587 号: 16 ページ: 2500-2505
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2013.06.046
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional diversity of protein fibrillar aggregates from physiology to RNA granules to neurodegenerative diseases (2013)
  • 著者名/発表者名: Furukawa, Y. & Nukina, N.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1832 号: 8 ページ: 1271-1278
  • DOI: 10.1016/j.bbadis.2013.04.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disulfide scrambling describes the oligomer formation of SOD1 proteins in the familial form of ALS (2013)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Toichi, Koji Yamanaka, and Yoshiaki Furukawa
  • 雑誌名: The J ournal of Biological Chemistry 巻: 288巻 号: 7 ページ: 4970-4980
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.414235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Post-aggregation oxidation of mutant huntingtin controls the interactions between aggregates (2012)
  • 著者名/発表者名: Mitomi, Y.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 287 号: 41 ページ: 34764-34775
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.387035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pathological Roles of Wild-Type Cu,Zn-Superoxide Dismutase in Amyotrophic Lateral Sclerosis (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 雑誌名: Neurology Research International 巻: 2012 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1155/2012/323261
  • 査読あり
• [学会発表] 筋萎縮性側索硬化症に見られる銅・亜鉛スーパーオキサイドディスムターゼの異常オリゴマー化とその抑制法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 安齋 樹、東一 圭祐、古川 良明
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
• [学会発表] 銅シャペロンタンパク質による銅・亜鉛スーパーオキシドディスムターゼの新たな活性化制御メカニズム (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤 紗希、古川 良明
  • 学会等名: 日本化学会第９３春季年会
  • 発表場所: 立命館大学
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] ジスルフィド結合形成が制御する銅シャペロン蛋白質の特異的な分子認識メカニズム (2013)
  • 著者名/発表者名: 本田 一起、古川 良明
  • 学会等名: 日本化学会第９３春季年会
  • 発表場所: 立命館大学
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] 構成論的アプローチによる生体内銅イオン輸送の制御機構解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 清水 将裕、古川 良明
  • 学会等名: 日本化学会第９３春季年会
  • 発表場所: 立命館大学
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] ファージディスプレイ法を用いたタンパク質四次構造認識ペプチドの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野村 尚生、古川 良明
  • 学会等名: 日本化学会第９３春季年会
  • 発表場所: 立命館大学
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] Amyloid-like fibrillation of FUS is triggered by a pathogenic mutation in a familial form of amyotrophic lateral sclerosis (2013)
  • 著者名/発表者名: 古川 良明、野村 尚生、渡辺 祥司、金子 貢巳、山中 宏二、貫名 信行
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] 線虫モデルを利用した神経変性疾患における病態伝播のメカニズム解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小川 まり子、設樂 久志、岡 浩太郎、古川 良明
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] FUS/TLSタンパク質の凝集が関与する筋萎縮性側索硬化症の新たな分子病理メカニズム (2013)
  • 著者名/発表者名: 古川 良明、野村 尚生、渡辺 祥司、金子 貢巳、山中 宏二、貫名 信行
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] 神経変性疾患における老化の役割を検証する酵母モデルの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西浦 由紘、古川 良明
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] A new molecular mechanism describing the formation of disulfide cross-linked SOD1 in the familial form of amyotrophic lateral sclerosis (2012)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Toichi, Koji Yamanaka, Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: 23rd International Symposium on ALS/MND
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 2012-12-05
• [学会発表] Destabilization of SOD1 facilitates abnormal scrambling of its disulfide bond in the familial form of amyotrophic lateral sclerosis (2012)
  • 著者名/発表者名: 東一 圭祐、古川 良明
  • 学会等名: 日本生物物理学会第５０回年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] A mechanism controlling the morphologies of protein aggregates by "post-aggregation oxidation" (2012)
  • 著者名/発表者名: 三冨 康司、古川 良明
  • 学会等名: 日本生物物理学会第５０回年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Redox environment is an intracellular factor to operate distinct pathways for protein aggregation (2012)
  • 著者名/発表者名: 古川 良明
  • 学会等名: 日本生物物理学会第５０回年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Oligomerization mechanism of SOD1 regulated by disulfide scrambling in the familial form of ALS (2012)
  • 著者名/発表者名: 古川 良明、東一 圭祐、山中 宏二
  • 学会等名: 第３５回日本神経科学会大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2012-09-18
• [図書] Bio-Nanoimaging: Insights into Protein Misfolding and Aggregation (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: Elsevier
• [図書] Bionanoimaging: Insights into Protein Misfolding and Aggregation (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 出版者: Elsevier
• [備考] Furukawa Lab.
  • URL: http://www.chem.keio.ac.jp/~furukawa/index.html
• [備考] 古川研究室
  • URL: http://www.chem.keio.ac.jp/~furukawa/index.html