タウのタンパク質老化と毒性機序

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: 脳タンパク質老化と認知症制御
• 研究課題/領域番号: 26117004
• 研究機関: 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター
• 研究代表者: 高島 明彦 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 分子基盤研究部, 部長 (00154774)
• 研究分担者: 久永 眞市 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (20181092) ; 宮坂 知宏 同志社大学, 公私立大学の部局等, 准教授 (90342857) ; 池川 雅哉 同志社大学, 公私立大学の部局等, 教授 (60381943) ; 石垣 診祐 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (40378170)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: タウ / 局在 / リン酸化 / 過活動 / 樹状突起

研究実績の概要

タウ発現マウスにおいて、内在性マウスタウは正常な軸索局在を示すのに対し、外来性ヒトタウでは細胞体、樹状突起に局在することを神経軸索局在についてマウスを用いて調べ、内在性タウタンパク質は生後 1 週齢で発現のピークとなり、その後緩やかに減少すること。また mRNA は生後 1 週齢から 2 週齢の間に減少することを見出した。タウの軸索局在は神経細胞の成熟に伴うmRNAの発現制御がタウタンパク質の軸索局在に重要であると考えられた。
変異タウ発現マウスを用いたphos-tag法によるリン酸化解析では、凝集したタウで過剰リン酸化が確認され、可溶性タウではリン酸化亢進は観察されなかった。このことは過剰リン酸化がタウ凝集の要因となることを示唆している。
タウ凝集阻害剤開発から化合物を得、その作用機序からタウのシステイン基がタウ凝集開始に非常に重要な役割を果たしていることを見出した。さらに、神経変性が起こる時、タウがsomatodendrite局在になる機構について調べたところ、タウmRNAはCamKIIなどのシナプスタンパク質と同様RNPと結合して樹状突起、シナプス領域に存在し、刺激によって樹状突起でタウタンパク質の過剰発現が起こる事を見出した。このことは老化に伴う神経の過興奮がタウのsomatodendrite局在を引き起こし神経細胞死へと導く要因であると考えられた。
この神経過興奮はFUSKDマウスにおいても観察された。FTLDの原因の一つであるFUSのMapt exon10選択的スプライシングによるタウアイソフォーム (3R・4R)比率を制御する。FUS KDマウスにおいて、MnMRI解析を行ったところ、海馬で特異的にMnの取り込みが増強していることを見出した。このことは認知症における過興奮と類似する現象であり、神経脱落が生じる前の月齢で撮像したことを考え合わせると、4Rタウの増大は早期の神経機能障害を反映しているものと考えられた。

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

タウタンパク質の生理機能と老化に伴う局在変化機構についてはほぼ明らかになってきた。過剰リン酸化とタウ凝集との関係ではリン酸化が凝集に先んじて起こることから過剰リン酸化の必要性を明らかにしている。タウタンパク質のアイソフォームの意義についても神経過興奮の原因となることが示され、当初の目標を達成しつつある。一方、ベータアミロイドからタウにつながる分子を見出すプロジェクトは条件検討に時間を要している。

今後の研究の推進方策

２７年度の結果からそれぞれのプロジェクトに関係性が見出されてきており、さらに班内での共同研究を加速し、タウタンパク質の老化機構全体を明らかにしていく予定である。さらに、これに加えて毒性を示すタウ凝集体を見出し、タウによる神経細胞死機構を検討し、明らかにする。ベータアミロイドからタウにつながる分子を見出すプロジェクトは条件検討に時間が掛かり過ぎるようであればプロジェクトの見直しを考える。

研究成果

• [雑誌論文] Two degradation pathways of the p35 Cdk5 activation subunit, dependent and independent of ubiquitination. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takasugi T, Minegishi S, Asada A, Saito T, Kawahara H, Hisanaga S.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 291 ページ: 4649-4657
  • DOI: 10.1074/jbc.M115.692871
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Advantages of Structural Equation Modeling to Address the Complexity of Spatial Reference Learning. (2016)
  • 著者名/発表者名: Moreira PS, Sotiropoulos I, Silva J, Takashima A, Sousa N, Leite-Almeida H, Costa PS.
  • 雑誌名: Front Behav Neurosci. 巻: 10 ページ: 18
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2016.00018.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The abundance of nonphosphorylated tau in mouse and human tauopathy brains revealed by the use of Phos-tag method (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimura T, Hatsuta H, Masuda-Suzukake M, Hosokawa M, Ishiguro K, Akiyama H, Murayama S, Hasegawa M, Hisanaga S
  • 雑誌名: Am. J. Pathol. 巻: 186 ページ: 398-409
  • DOI: 10.1016/j.ajpath.2015.10.009.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] I2020T mutant LRRK2 iPSC-derived neurons in the Sagamihara family exhibit increased Tau phosphorylation through the AKT/GSK-3β signaling pathway. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohta E, Nihira T, Uchino A, Imaizumi Y, Okada Y, Akamatsu W, Takahashi K, Hayakawa H, Nagai M, Ohyama M, Ryo M, Ogino M, Murayama S, Takashima A, Nishiyama K, Mizuno Y, Mochizuki H, Obata F, Okano H.
  • 雑誌名: Hum Mol Genet. 巻: 24 ページ: 4879-900
  • DOI: 10.1093/hmg/ddv212. Epub 2015 Jun 8.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of key amino acids responsible for the distinct aggregation properties of microtubule-associated protein 2 and tau. (2015)
  • 著者名/発表者名: Xie C, Soeda Y, Shinzaki Y, In Y, Tomoo K, Ihara Y, Miyasaka T.
  • 雑誌名: J Neurochem 巻: 135 ページ: 19-26
  • DOI: 10.1111/jnc.13228. Epub 2015 Aug 26
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Glycogen Synthase Kinase-3β-mediated Phosphorylation in the Most C-terminal Region of Protein Interacting with C Kinase 1 (PICK1) Regulates the Binding of PICK1 to Glutamate Receptor Subunit GluA2. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yagishita S, Murayama M, Ebihara T, Maruyama K, Takashima A.
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 290 ページ: 29438-48
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.619668. Epub 2015 Oct 15.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Toxic tau oligomer formation blocked by capping of cysteine residues with 1,2-dihydroxybenzene groups. (2015)
  • 著者名/発表者名: Soeda Y, Yoshikawa M, Almeida OF, Sumioka A, Maeda S, Osada H, Kondoh Y, Saito A, Miyasaka T, Kimura T, Suzuki M, Koyama H, Yoshiike Y, Sugimoto H, Ihara Y, and Takashima A.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 6 ページ: 10216
  • DOI: 10.1038/ncomms10216.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] FUS regulates AMPA receptor function and FTLD/ALS-associated behaviour via GluA1 mRNA stabilization. (2015)
  • 著者名/発表者名: Udagawa, T., Fujioka, Y., Tanaka, M., Honda, D., Yokoi, S., Riku, Y., Ibi, D., Nagai, T., Yamada, K., Watanabe, H., Katsuno, M., Inada, T., Ohno, K., Sokabe, M., Okado, H., *Ishigaki S., and Sobue, G
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 6 ページ: 7098
  • DOI: 10.1038/ncomms8098
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transcriptional and post-transcriptional regulation of transmembrane protein 132A. (2015)
  • 著者名/発表者名: Oh-Hashi, K., Sone, A., Hikiji, T., Hirata, Y., Vitiello, M., Fedele, M., Ishigaki S., Sobue, G., and Kiuchi, K.
  • 雑誌名: Mol Cell Biochem 巻: 405 ページ: 291-299
  • DOI: 10.1007/s11010-015-2419-x
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Position-specific binding of FUS to nascent RNA regulates mRNA length. (2015)
  • 著者名/発表者名: Masuda, A., Takeda, J., Okuno, T., Okamoto, T., Ohkawara, B., Ito, M., Ishigaki S., Sobue, G., and Ohno, K.
  • 雑誌名: Genes Dev 巻: 29 ページ: 1045-1057
  • DOI: 10.1101/gad.255737.114.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A highly sensitive assay of IRE1 activity using the small luciferase NanoLuc: Evaluation of ALS-related genetic and pathological factors. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hikiji, T., Norisada, J., Hirata, Y., Okuda, K., Nagasawa, H., Ishigaki S., Sobue, G., Kiuchi, K., and Oh-hashi, K.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 463 ページ: 881-887
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.05.132.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microglial Keratan Sulfate Epitope Elicits in Central Nervous Tissues of Transgenic Model Mice and Patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Foyez, T., Takeda-Uchimura, Y., Ishigaki S., Narentuya, Zhang, Z., Sobue, G., Kadomatsu, K., and Uchimura, K.
  • 雑誌名: Am J Pathol 巻: 185 ページ: 3053-3065
  • DOI: 10.1016/j.ajpath.2015.07.016.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of p35 mutations associated with mental retardation on the cellular function of p35-CDK5 (2015)
  • 著者名/発表者名: Takada S, Mizuno K, Saito T, Asada A, Giese KP, Hisanaga S.
  • 雑誌名: PLOSONE 巻: 10 ページ: e0140821
  • DOI: 0.1371/journal.pone.0140821
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Extracellular association of APP and tau fibrils induces intracellular aggregate formation of tau. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahashi M, Miyata H, Kametani F, Nonaka T, Akiyama H, Hisanaga S, Hasegawa M.
  • 雑誌名: Acta Neuropathol 巻: 129 ページ: 893-907
  • DOI: 10.1007/s00401-015-1415-2
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Mechanism of Neurodegeneration through Tau and Therapy for AD. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashima A
  • 学会等名: The 1st International Gachon Neuroscience Symposium,
  • 発表場所: Korea
  • 年月日: 2016-02-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strategy of tau related therapy. (2015)
  • 著者名/発表者名: 高島明彦
  • 学会等名: 第55回日本核医学会学術総会 シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-11-06
  • 招待講演
• [学会発表] タウイメージングに期待されること (2015)
  • 著者名/発表者名: 高島明彦
  • 学会等名: 第34回日本認知症学会学術集会
  • 発表場所: 青森
  • 年月日: 2015-10-02
  • 招待講演
• [学会発表] アルツハイマー病治療に向けて：タウ研究からのアプローチ (2015)
  • 著者名/発表者名: 高島明彦
  • 学会等名: 第10回青森神経科学談話会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 2015-07-28
  • 招待講演
• [学会発表] Therapy against toxic tau aggregation in AD (2015)
  • 著者名/発表者名: 高島明彦
  • 学会等名: 第56回日本神経学会学術大会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2015-05-21
  • 招待講演