新規AUG非依存性RAN翻訳の分子機構とその神経変性病態における役割

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: マルチファセット・プロテインズ：拡大し変容するタンパク質の世界
• 研究課題/領域番号: 20H05927
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 永井 義隆 近畿大学, 医学部, 教授 (60335354)
• 研究分担者: 森 康治 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (40775318)
• 研究期間 (年度): 2020-11-19 – 2025-03-31
• キーワード: 蛋白質 / RNA / RAN翻訳 / 脳神経疾患 / アミロイド

研究実績の概要

遺伝子非翻訳領域内のリピート配列の異常伸長を原因とする筋萎縮性側索硬化症（ALS）、脊髄小脳失調症（SCA）などの神経変性疾患において、リピート関連非AUG依存性（RAN）翻訳という新規の翻訳機構によりリピートペプチド（RAN-P）が産生され、神経変性を引き起こすことが明らかになった。本研究では、RAN翻訳のメカニズムとそれに伴う神経変性メカニズムを解明することを目的として研究を行い、以下の成果を得た。
１）RAN翻訳レポーター細胞を用いたRAN翻訳分子機構の解明：C9-ALSの原因となるC9orf72遺伝子の異常伸長GGGGCCリピートの下流にNanolucもしくはGFP cDNAを挿入したRAN翻訳レポーターコンストラクトを作成し、培養細胞での発現実験により、RAN翻訳活性の評価系を樹立した。そして様々なRNA結合タンパク質（RBP）や翻訳開始因子、RNA輸送・分解関連分子などによるRAN翻訳に及ぼす影響の検討を開始した。
２）疾患モデル細胞・ショウジョウバエを用いたRAN翻訳の神経変性病態への役割の解明：様々なRBPや翻訳開始因子などRAN翻訳制御分子候補について、異常伸長GGGGCCリピートRNAを発現するC9-ALSモデルショウジョウバエを用いて、複眼変性に対する影響を検討し、有意な影響を及ぼす複数のRAN翻訳制御分子候補を同定した。
３）RAN翻訳ペプチドによる神経変性機序の解明：RAN-Pを発現する培養細胞の溶解液から免疫沈降、質量分析を行いRAN-Pと相互作用するLCドメインタンパク質のスクリーニングを開始した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

遺伝子組み換えDNA実験及び動物実験の承認を得るまでに時間を要したために、研究計画を変更したが、変更後の予定通り、完了した。

今後の研究の推進方策

今後、以下のような研究を進める。
１）RAN翻訳レポーター細胞を用いた実験系を用いて、RAN翻訳に影響を及ぼすRBPや翻訳開始因子、RNA輸送・分解関連分子などを明らかにし、RAN翻訳のメカニズムを明らかにする。
２）疾患モデル細胞・ショウジョウバエを用いて、RAN翻訳制御分子候補のRAN翻訳、細胞毒性および神経変性に対する影響を明らかにし、RAN翻訳の神経変性病態への役割を解明する。
３）LCドメインタンパク質の液-液相分離による液滴形成や、核小体やストレス顆粒など膜のないオルガネラの形成・機能に対してRAN翻訳ペプチドが与える影響を明らかにし、神経変性メカニズムを解明する。

研究成果

• [雑誌論文] Go-sha-jinki-Gan alleviates inflammation in neurological disorders via p38-TNF signaling in the central nervous system. (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiang S., Baba K., Okuno T., Kinoshita M., Choong C.J., Hayakawa H., Sakiyama H., Ikenaka K., Nagano S., Sasaki T., Shimamura M., Nagai Y., Hagihara K., Mochizuki H.
  • 雑誌名: Neurotherapeutics 巻: 18 ページ: 460-473
  • DOI: 10.1007/s13311-020-00948-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Small molecule targeting r(UGGAA)n disrupts RNA foci and alleviates disease phenotype in Drosophila model. (2021)
  • 著者名/発表者名: Shibata T., Nagano K., Ueyama M., Ninomiya K., Hirose T., Nagai Y., Ishikawa K., Kawai G., Nakatani K.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 12 ページ: 236
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20487-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Divergent CPEB prion-like domains reveal different assembly mechanisms for a generic amyloid-like fold. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hervas R., Fernandez-Ramirez M.D.C., Galera-Prat A., Suzuki M., Nagai Y., Bruix M., Menendez M., Laurents D.V., Carrion-Vazquez M.
  • 雑誌名: BMC Biol. 巻: 19 ページ: 43
  • DOI: 10.1186/s12915-021-00967-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Protein aggregation inhibitors as disease-modifying therapies for polyglutamine diseases. (2021)
  • 著者名/発表者名: *Minakawa E.N., *Nagai Y.
  • 雑誌名: Front. Neurosci. 巻: 15 ページ: 621996
  • DOI: 10.3389/fnins.2021.621996
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Arginine is a disease modifier of polyQ disease models that stabilizes polyQ protein conformation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Minakawa E.N., Popiel H.A., Tada M., Takahashi T., Yamane H., Saitoh Y., Takahashi Y., Ozawa D., Takeda A., Takeuchi T., Okamoto Y., Yamamoto K., Suzuki M., Fujita H., Ito C., Yagihara H., Saito Y., Watase K., Adachi H., Katsuno M. Mochizuki H., Shiraki K., Sobue G., Toda T., Wada K., Onodera O., *Nagai Y.
  • 雑誌名: Brain. 巻: 143 ページ: 1811-1825
  • DOI: 10.1093/brain/awaa115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alternative mitochondrial quality control mediated by extracellular release. (2020)
  • 著者名/発表者名: Choong C.J., Okuno T., Ikenaka K., Baba K., Hayakawa H., Koike M., Yokota M., Doi J., Kakuda K., Takeuchi T., Kuma A., Nakamura S., Nagai Y., Nagano S., Yoshimori T., Mochizuki H.
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 10 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1848130
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The secondary structural differences between Lewy body and glial cytoplasmic inclusion in autopsy brain with synchrotron FTIR micro-spectroscopy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Araki K., Yagi N., Ikemoto Y., Hayakawa H., Fujimura H., Moriwaki T., Nagai Y., Murayama S., Mochizuki H.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 10 ページ: 19423
  • DOI: 10.1038/s41598-020-76565-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of common marmoset model lines of spinocerebellar ataxia type 3. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomioka I., Nagai Y., Seki K.
  • 雑誌名: Front. Neurosci. 巻: 14 ページ: 548002
  • DOI: 10.3389/fnins.2020.548002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ポリグルタミン蛋白質のミスフォールディング・凝集を標的とした脊髄小脳変性症の治療薬開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永井義隆
  • 学会等名: 第11回 日本小脳学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 骨格筋MRIで特徴的な画像異常を認めたサルコイドーシスの一例 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤井佳奈子、坂田花美、福本雄太、谷口佳子、三井良之、永井義隆
  • 学会等名: 第118回 日本神経学会近畿地方会
• [学会発表] ポリグルタミン病に対する病態修飾治療薬の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永井義隆
  • 学会等名: 第61回 日本神経学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Asidan (SCA36) の遺伝子変異とその病態メカニズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 永井義隆
  • 学会等名: 第61回 日本神経学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] ショウジョウバエモデルを用いたALS研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 上山盛夫、永井義隆
  • 学会等名: 第61回 日本神経学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 運動による神経変性抑制メカニズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 武田明子、武内敏秀、皆川栄子、和田圭司、永井義隆
  • 学会等名: 第61回 日本神経学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 神経変性疾患におけるリピート関連ATG非依存性（RAN）翻訳とその制御機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永井義隆
  • 学会等名: 第93回 日本生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] 放射光を用いたレビー小体の微細構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木克哉、八木直人、永井義隆、後藤祐児、望月秀樹
  • 学会等名: 第39回 日本認知症学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] ショウジョウバエモデルを活用した神経変性疾患のトランスレーショナルリサーチ (2020)
  • 著者名/発表者名: 永井義隆
  • 学会等名: 第43回 分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] 神経変性疾患ポリグルタミン病に対するタンパク質凝集阻害薬L-アルギニンによる治療法開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永井義隆
  • 学会等名: 第41回 日本臨床薬理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 運動による血漿由来エクソソーム分泌の亢進 (2020)
  • 著者名/発表者名: 武田明子、武内敏秀、皆川栄子、和田圭司、永井義隆
  • 学会等名: 第43回 日本神経科学会
• [学会発表] 血清中細胞外小胞分画には凝固中に生成された血小板由来のナノ粒子が含まれている (2020)
  • 著者名/発表者名: 張 暁曼、武内敏秀、永井義隆
  • 学会等名: 第43回 日本神経科学会
• [学会発表] SCA36モデルショウジョウバエの樹立 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田港朝也、上山盛夫、山下徹、池田佳生、阿部康二、永井義隆
  • 学会等名: 第61回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Difference between plasma-derived and serum-derived extracellular vesicles/ (2020)
  • 著者名/発表者名: 張 暁曼、武内敏秀、永井義隆
  • 学会等名: 第61回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] C9-ALS/FTDにおけるG4C2リピートRNA分解関連遺伝子の遺伝学的スクリーニング (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉川碧、田港朝也、上山盛夫、永井義隆
  • 学会等名: 第61回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] ポリグルタミン蛋白質におけるプリオン様異常構造伝播機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小澤大作、武内敏秀、永井義隆
  • 学会等名: 第18回 神経科学研究会
• [図書] 現代化学増刊46「相分離生物学の全貌」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小澤大作、永井義隆
  • 総ページ数: 72-75
  • 出版者: 東京化学同人
• [図書] 現代化学増刊46「相分離生物学の全貌」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 上山盛夫、永井義隆
  • 総ページ数: 82-86
  • 出版者: 東京化学同人