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

2022 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, 大学院医学系研究科, 講師 (40775318)
• 研究期間 (年度): 2020-11-19 – 2025-03-31
• キーワード: タンパク質 / 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を挿入したRAN翻訳レポーターコンストラクトを発現させた培養細胞発現実験系において、様々なRNA結合タンパク質（RBP）や翻訳開始因子、RNA輸送・分解関連分子などのノックダウンによるRAN翻訳に及ぼす影響を検討し、RAN翻訳活性に有意な変化を及ぼすいくつかの分子を同定した。
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：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、様々なRBPや翻訳開始因子などの過剰発現／ノックダウンによるRAN翻訳制および複眼変性に対する影響を検討した。その結果、FUSはGGGGCCリピートRNAに結合してその高次構造を変化させてRAN翻訳を阻害し、C9-ALSモデルショウジョウバエの神経変性を抑制することを明らかにした。
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実験系において、RAN-Pが核小体に局在し、リボソームの合成を障害することを明らかにした。

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

RAN翻訳レポーターの再設計が必要となったために、研究計画を変更し細胞・ショウジョウバエ実験の開始が遅れたが、変更後は予定通り、研究計画を完了した。

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、さらにRAN翻訳に影響を及ぼすRBPや翻訳開始因子、RNA輸送・分解関連分子などの同定を進めて、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、さらに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）RAN翻訳により産生されるRAN-Pが、RNA結合蛋白質などが液-液相分離介した液滴形成により形成するストレス顆粒など非膜性オルガネラの機能に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] Therapeutic reduction of GGGGCC repeat RNA levels by hnRNPA3 suppresses neurodegeneration in Drosophila models of C9orf72-linked ALS/FTD. (2023)
  • 著者名/発表者名: Taminato T., Takeuchi T., Ueyama M., Mori K., Ikeda M., Mochizuki H., Nagai Y.
  • 雑誌名: Hum. Mol. Genet. 巻: 32(10) ページ: 1673-1682
  • DOI: 10.1093/hmg/ddac298
  • 査読あり
• [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] 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 C.J., Aguirre C., Kakuda K., Kimura Y., Beck G., Nabekura K., Hideshima M., Doi J., Yamaguchi K., Nakajima K., Wadayama T., Hayakawa H., Baba K., Ogawa K., Takeuchi T., Murayama S., Nagano S., Goto Y., Miyanoiri Y., Nakanishi H., Nagai Y., Mochizuki H., Ikenaka K.
  • 雑誌名: Acta Neuropathol. 巻: 145(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
• [雑誌論文] What repeat expansion disorders can teach us about the Central Dogma. (2023)
  • 著者名/発表者名: Wang E.T., Freudenreich C.H., Gromak N., Jain A., Todd P.K., Nagai Y.
  • 雑誌名: Mol. Cell 巻: 83 (3) ページ: 324-329
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2022.12.017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Repeat-associated non-AUG translation in neuromuscular diseases: Mechanisms and therapeutic insights. (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujino Y., Mori K., Nagai Y.
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: 173(4) ページ: 273-281
  • DOI: 10.1093/jb/mvad012
  • 査読あり
• [雑誌論文] C9orf72 hexanucleotide repeat expansion-related neuropathology is attenuated by nasal rifampicin in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Hatanaka Y., Umeda T., Shigemori K., Takeuchi T., Nagai Y., Tomiyama T.
  • 雑誌名: Biomedicines 巻: 10(5) ページ: 1080
  • DOI: 10.3390/biomedicines10051080.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct evaluation of neuroaxonal degeneration with the causative genes of neurodegenerative diseases in Drosophila using the automated axon quantification system, MeDUsA. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nitta Y., Kawai H., Maki R., Osaka J., Hakeda-Suzuki S., Nagai Y., Doubkova; K., Uehara T., Watanabe K., Kosaki K., Suzuki T., Tavosanis G., Sugie A.
  • 雑誌名: Hum. Mol. Genet. 巻: 32(9) ページ: 1524-1538
  • DOI: 10.1093/hmg/ddac307
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Suppression of a novel RAN translation regulator reduce poly-GA DPR expression in a cellular model of C9orf72 FTLD/ALS. (2023)
  • 著者名/発表者名: Gotoh S., Mori K., Miyamoto T., Uozumi R., Yamashita T., Kawabe Y., Akamine S., Omi T., Kondo S., Nagai Y., Ikeda M.
  • 学会等名: International Conference on Alzheimer’s & Parkinson’s Diseases
  • 国際学会
• [学会発表] 筋萎縮性側索硬化症と前頭側頭型認知症に共通する非古典的RAN翻訳を標的とした治療法開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 永井義隆
  • 学会等名: 日本神経学会「産官学創薬スクール」
  • 招待講演
• [学会発表] FUSはRNAシャペロンとしてGGGGCCリピートRNAからのRAN翻訳を抑制し、C9orf72関連ALS/FTDにおける変性病態を改善する (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤野雄三、上山盛夫、小澤大作、伊藤隼人、田口英樹、水野敏樹、永井義隆
  • 学会等名: 第20回 神経科学研究会
• [学会発表] 脊髄小脳失調症36型のiPS細胞、ショウジョウバエモデルを用いた病態解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田港朝也、上山盛夫、平野牧人、寒川真、西郷和真、森樹史、竹原俊幸、寺村岳士、山下徹、池田佳生、阿部康二、永井義隆
  • 学会等名: 第13回 日本小脳学会
• [学会発表] Disease-modifying therapy for the polyglutamine diseases targeting protein misfolding and aggregation. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagai Y.
  • 学会等名: The JSPS Core-to-Core Program and University of Wollongong Joint Seminar: Protein aggregation and proteostasis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prion-like amplification of misfolded polyglutamine protein monomer which exerts toxicity. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ozawa D., Takeuchi T., Nagai Y.
  • 学会等名: The 4th Proteostasis and Disease Research Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] huntingtinアップデート (2022)
  • 著者名/発表者名: 永井義隆
  • 学会等名: 第63回 日本神経学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] C9-ALS/FTDショウジョウバエモデルによるRAN翻訳制御機構の解明 Elucidation of regulatory mechanisms of RAN translation using C9-ALS/FTD fly model (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤野雄三、上山盛夫、水野敏樹、永井義隆
  • 学会等名: 第45回 日本神経科学会・第65回 日本神経化学会合同大会
  • 招待講演
• [学会発表] 脊髄小脳失調症31型の原因となるUGGAAリピート標的低分子によるRNA毒性緩和 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柴田知範、長野来南、上山盛夫、二宮賢介、廣瀬哲郎、永井義隆、石川欽也、河合剛太、中谷和彦
  • 学会等名: 第45回 日本神経科学会・第65回 日本神経化学会合同大会
  • 招待講演
• [学会発表] 脊髄小脳失調症のバイオマーカー開発をめざして (2022)
  • 著者名/発表者名: 永井義隆
  • 学会等名: 第40回 日本神経治療学会
  • 招待講演
• [学会発表] ALSにおけるTDP-43病的凝集のトリガーとしての液-液相分離（LLPS）とその制御機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 永井義隆
  • 学会等名: 第95回 日本生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] ポリグルタミン病に対するタンパク質凝集阻害薬アルギニンによる病態修飾治療薬の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 永井義隆
  • 学会等名: 第41回 日本認知症学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Blood extracellular vesicle biomarkers for polyglutamine diseases. (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi T., Minakawa E.N., Ueda K., Saitoh Y., Takahashi Y., Seki K., Nagai Y.
  • 学会等名: 第63回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Prion-like amplification of misfolded polyglutamine protein monomer which leads to toxicity (2022)
  • 著者名/発表者名: Ozawa D., Takeuchi T., Nagai Y.
  • 学会等名: 第63回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Discovery of RNA-binding proteins as genetic modifiers that distinguish the SCA36 and C9-ALS pathomechanisms. (2022)
  • 著者名/発表者名: Taminato T., Ueyama M., Yamashita T., Ikeda Y., Abe K., Nagai Y.
  • 学会等名: 第63回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Liquid to solid phase transition of full-length TDP-43 in vitro. (2022)
  • 著者名/発表者名: Lu J., Ozawa D., Nagai Y.
  • 学会等名: 第63回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Discovery of genetic modifiers of C9-ALS fly model that can potentially regulate RAN translation (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujino Y., Ueyama M., Mizuno T., Nagai Y.
  • 学会等名: 第63回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Phenotypic variation and therapeutic strategy of SCA8-associated amyotrophic lateral sclerosis. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirano M., Takehara T., Murayama S., Izumi Y., Samukawa M., Matsubara T., Saito Y., Saigoh K., Nakamura Y., Fukuda K., Kusunoki S., Nagai Y.
  • 学会等名: 第63回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] Phase II study of a protein aggregation inhibitor for polyglutamine disease. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishihara T., Ikenaka K., Takahashi Y., Yokota T., Ishikawa K., Hirano M., Nagai Y., Onodera O.
  • 学会等名: 第63回 日本神経学会学術大会
• [学会発表] 運動は分子シャペロン含有の血漿由来エクソソーム分泌を亢進する (2022)
  • 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45回 日本神経科学会・第65回 日本神経化学会合同大会
• [学会発表] 神経炎症がパーキンソン病モデルマウスのα-シヌクレイン病理を増強する (2022)
  • 著者名/発表者名: 早川英規、馬場孝輔、佐木山裕史、Choong Chi-Jing、木村康義、池中建介、Aguirre Cesar、奥野 龍禎、長野清一、永井義隆、望月秀樹
  • 学会等名: 第45回 日本神経科学会・第65回 日本神経化学会合同大会
• [学会発表] FTLD/ALS関連C9orf72遺伝子異常伸長リピートにおけるRAN翻訳の調整メカニズム (2022)
  • 著者名/発表者名: 後藤志帆、森康治、山下智子、魚住亮太、宮本哲慎、近藤志都子、近江翼、河邉有哉、永井義隆、池田学
  • 学会等名: 第45回 日本神経科学会・第65回 日本神経化学会合同大会
• [学会発表] SCA8関連筋萎縮性側索硬化症の臨床病理学的解析と細胞モデルの構築および治療法の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 平野牧人、竹原俊幸、村山繁雄、和泉唯信、寒川真、松原知康、斎藤祐子、西郷和真、中村雄作、楠進、永井義隆
  • 学会等名: 第40回 日本神経治療学会
• [学会発表] FUSはRNAシャペロンとしてGGGGCCリピートRNAからのRAN翻訳を抑制し、C9orf72関連ALS/FTDにおける変性病態を改善する (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤野雄三、上山盛夫、小澤大作、伊藤隼人、田口英樹、水野敏樹、永井義隆
  • 学会等名: 第16回 日本臨床ストレス応答学会
• [学会発表] Liquid to solid phase transition of full-length TDP-43 protein (2022)
  • 著者名/発表者名: Lu J., Ozawa D., Nagai Y.
  • 学会等名: 第16回 日本臨床ストレス応答学会
• [学会発表] リファンピシン経鼻投与によるC9orf72-FTD/ALSモデルマウスの脳病理改善効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 畑中由香里、梅田知宙、重森慶子、武内敏秀、永井義隆、富山貴美
  • 学会等名: 第41回 日本認知症学会
• [学会発表] c9orf72-GGGGCCリピートで生じるRepeat Associated Non-AUG (RAN)翻訳のヒト翻訳因子による再構成型翻訳系を用いた分子機構解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 伊藤隼人、町田幸大、上山盛夫、永井義隆、今高寛晃、田口英樹
  • 学会等名: 第45回 日本分子生物学会
• [学会発表] SCA36に関わるリピート関連非AUG（RAN）翻訳の分子機構解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 蓮見眞由香、伊藤隼人、町田幸大、田港朝也、永井義隆、今高寛晃、田口英樹
  • 学会等名: 第45回 日本分子生物学会
• [図書] 脳神経疾患最新の治療 2024-2026 Ⅲ．疾患別各論－脳疾患31．Huntington病 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤井佳奈子、永井義隆
  • 総ページ数: 380
  • 出版者: 南江堂
  • ISBN: 978-4-524-20443-4
• [備考] 近畿大学医学部脳神経内科学教室
  • URL: https://www.med.kindai.ac.jp/neuro/index.html