タウのタンパク質老化と毒性機序

2017 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: 学習院大学
• 研究代表者: 高島 明彦 学習院大学, 理学部, 教授 (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) ; 石垣 診祐 名古屋大学, 医学系研究科, 寄附講座助教 (40378170) ; 宮坂 知宏 同志社大学, 生命医科学部, 准教授 (90342857)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: タウタンパク質 / Aβ / 老化 / 認知症 / 脳機能 / 凝集 / リン酸化 / 神経細胞死

研究実績の概要

計画研究班はアルツハイマー病研究の初期からタウタンパク質が認知症を引き起こす原因であると考えてこれまで研究を行い、タウを過剰にリン酸化する酵素の発見、タウ凝集機構を明らかにしてきた。認知症治療を考える上で加齢に伴う正常タンパクから病原タンパクへと転換するタンパク質老化機構を明らかにする目的で研究を行っている。
今年度、タウの軸索局在機構としてタウの軸索局在に関与するドメインとして PRR2 領域を同定した。生後１日目のマウス脳より微小管非結合画分を調製し、共免疫沈降法によりタウと結合しているタンパク質群の同定を行なった結果、タウ分子には複数のチューブリンおよび、タンパク質翻訳にかかわる多くの因子の結合が認められこれらがタウタンパク質の軸索局在に寄与することが示唆された。
タウタンパク質の新たな生理機能を探索する目的でタウ遺伝子ノックアウト(KO)マウスを調べたところ、タウKOマウスの摂食量増大が観察された。この原因をさらに検討した結果中脳腹側被蓋野における神経活動が亢進が観察され報酬系の異常に伴う摂食量の亢進に起因している可能性を示唆した。
脳発達期におけるタウのリン酸化とアイソフォームの変化についてマウス脳を用いて解析した。その結果、生後、高リン酸化されたタウは速やかに脱リン酸化され、0N3Rから0N4Rへ変化する。甲状腺ホルモン合成阻害剤（MMI）をマウスに与えたところ発達遅延に伴って脱リン酸化時期が遅延するが0N3Rから0N4Rへの変化時期は変わらなかったことから、タウのリン酸化とアイソフォーム変化は異なる制御を受けていることが示された。
タウ凝集について15種類の異なるFTDP-17変異を持つヒトリコンビナントタウの凝集を経時的に観察し、野生型タウと比較したところ顆粒状タウオリゴマーの増大が全ての変異体に共通する凝集体であることが明らかになった。

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

これまで毎年、計画班内ミーティングを行い、互いの研究進捗、アイデアを共有し、タウタンパク質の生理機能、リン酸化から凝集に至る機構を明らかにするため共同研究を進めている。具体的には共通に必要な抗体作成、スクリーニングを行い、それらを共有して使用している。宮坂、石垣、高島、久永らはこれまでの成果を論文にまとめ報告し、残る新たなテーマに取り組んでいる。ここまでにタウの局在機構、異常局在機構について神経細胞の過興奮によってタウmRNAからタウ蛋白への翻訳促進が起こりタウのsomatodendriteへの異常局在が起こるという新たな知見を得ている。この異常局在からタウ過剰リン酸化、凝集について今年度検討を行ない、タウの局在変化から凝集に至る分子機構を解明するところまで漕ぎついている。さらに、タウの新たな生理機能が明らかになりつつあることから、当初目標に対して順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

・複合体の全容解明から生理的タウの存在様式を決定することにより、改めて毒性タウを定義する。さらに、タウオパチー神経の特徴である、タウの異常化と微小管の消失の関係について新たなモデルを構築し、解析する。
・ヒト脳及びアルツハイマー病患者脳を用いて、GSK3β活性とタウの異常リン酸化の関連を調べていく。アイソフォーム変化に関わるスプライシング機構を解析する。
・DREADDのシステムや電気生理学的な解析などを通じて、どのような報酬系の経路がタウの喪失に脆弱になって摂食異常に関与するのかを明らかにしていく。
・毒性タウ凝集体の決定、細胞死機構を決定し、樹状突起において観察されるタウの過剰発現から細胞死に至る過程を明らかにする。
・論文化を促進する

研究成果

• [雑誌論文] Isoform-independent and -dependent phosphorylation of microtubule-associated protein tau in mouse brain during postnatal development. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tuerde D, Kimura T, Miyasaka T, Furusawa K, Shimozawa A, Hasegawa M, Ando K, Hisanaga SI.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 巻: 293 ページ: 1781-1793
  • DOI: 10.1074/jbc.M117.798918
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phospho-Tau Bar Code: Analysis of Phosphoisotypes of Tau and Its Application to Tauopathy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kimura T, Sharma G, Ishiguro K, Hisanaga SI.
  • 雑誌名: Front Neurosci. 巻: 12 ページ: 44
  • DOI: 10.3389/fnins.2018.00044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Polyunsaturated fatty acid deficiency during neurodevelopment in mice models the prodromal state of schizophrenia through epigenetic changes in nuclear receptor genes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Maekawa M, Watanabe A, Iwayama Y, Kimura T, Hamazaki K, Balan S, Ohba H, Hisano Y, Nozaki Y, Ohnishi T, Toyoshima M, Shimamoto C, Iwamoto K, Bundo M, Osumi N, Takahashi E, Takashima A, Yoshikawa T.
  • 雑誌名: Transl Psychiatry 巻: 7 ページ: e1229
  • DOI: 10.1038/tp.2017.182
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutation-induced loss of APP function causes GABAergic depletion in recessive familial Alzheimer's disease: analysis of Osaka mutation-knockin mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Umeda T, Kimura T, Yoshida K, Takao K, Fujita Y, Matsuyama S, Sakai A, Yamashita M, Yamashita Y, Ohnishi K, Suzuki M, Takuma H, Miyakawa T, Takashima A, Morita T, Mori H, Tomiyama T.
  • 雑誌名: Acta Neuropathol Commun 巻: 5 ページ: 59
  • DOI: 10.1186/s40478-017-0461-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local somatodendritic translation and hyperphosphorylation of tau protein triggered by AMPA and NMDA receptor stimulation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Kobayashi, Toru Tanaka, Yoshiyuki Soeda, Osborne F. X. Almeida, Akihiko Takashima.
  • 雑誌名: EBio Medicine 巻: 20 ページ: 120-126
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2017.05.012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Iso-α-acids, Bitter Components of Beer, Prevent Inflammation and Cognitive Decline Induced in a Mouse Model of Alzheimer's Disease. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ano Y, Dohata A, Taniguchi Y, Hoshi A, Uchida K, Takashima A, Nakayama H.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 巻: 292 ページ: 3720-3728
  • DOI: 10.1074/jbc.M116.763813
  • 査読あり
• [雑誌論文] Altered Tau Isoform Ratio Caused by Loss of FUS and SFPQ Function Leads to FTLD-like Phenotypes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki S, Fujioka Y, Okada Y, Riku Y, Udagawa T, Honda D, Yokoi S, Endo K,Ikenaka K, Takagi S, Iguchi Y, Sahara N, Takashima A, Okano H, Yoshida M, WaritaH, Aoki M, Watanabe H, Okado H, Katsuno M, Sobue G.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 18 ページ: 1118-1131
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.01.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Treatment of intermittent hypoxia increases phosphorylated tau in the hippocampus via biological processes common to aging. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yagishita S, Suzuki S, Yoshikawa K, Iida K, Hirata A, Suzuki M, Takashima A,Maruyama K, Hirasawa A, Awaji T.
  • 雑誌名: Mol Brain 巻: 10 ページ: 2
  • DOI: 10.1186/s13041-016-0282-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pathologic Involvement of Glutamatergic Striatal Inputs From the Cortices in TAR DNA-Binding Protein 43 kDa-Related Frontotemporal Lobar Degeneration and Amyotrophic Lateral Sclerosis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Riku Y, Watanabe H, Yoshida M, Mimuro M, Iwasaki Y, Masuda M, Ishigaki S, Katsuno M, and Sobue G.
  • 雑誌名: J Neuropathol Exp Neurol 巻: 76 ページ: 759-768
  • DOI: 10.1093/jnen/nlx055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Silencing of FUS in the common marmoset (Callithrix jacchus) brain via stereotaxic injection of an adeno-associated virus encoding shRNA. (2017)
  • 著者名/発表者名: Endo K, Ishigaki S, Masamizu Y, Fujioka Y, Watakabe A, Yamamori T, Hatanaka N, Nambu A, Okado H, Katsuno M, Watanabe H, Matsuzaki M, and Sobue G.
  • 雑誌名: Neurosci Res. 巻: S0168-0102 ページ: 30183-9
  • DOI: 10.1016/j.neures.2017.08.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3’UTR length-dependent control of SynGAP isoform α2 mRNA by FUS and ELAV-like proteins promotes dendritic spine maturation and cognitive function. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoi S, Udagawa T, Fujioka Y, Honda D, Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Ishigaki S, and Sobue G.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 20 ページ: 3071-3084
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.08.100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Altered GluA1 (Gria1) Function and Accumbal Synaptic Plasticity in the ClockΔ19 Model of Bipolar Mania. (2017)
  • 著者名/発表者名: Parekh PK, Becker-Krail D, Sundaravelu P, Ishigaki S, Okado H, Sobue G, Huang Y, McClung CA.
  • 雑誌名: Biol Psychiatry 巻: S0006-3223 ページ: 31721-3
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2017.06.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct deposition of amyloid-β species in brains with Alzheimer's disease pathology visualized with MALDI imaging mass spectrometry. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kakuda N, Miyasaka T, Iwasaki N, Nirasawa T, Wada-Kakuda S, Takahashi-Fujigasaki J, Murayama S, Ihara Y, Ikegawa M.
  • 雑誌名: Acta Neuropathol Commun. 巻: 5 ページ: 73
  • DOI: 10.1186/s40478-017-0477-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II promotes neurodegeneration caused by tau phosphorylated at Ser262/356 in a transgenic Drosophila model of tauopathy. (2017)
  • 著者名/発表者名: Oka M, Fujisaki N, Maruko-Otake A, Ohtake Y, Shimizu S, Saito T, Hisanaga SI, Iijima KM, Ando K.
  • 雑誌名: J Biochem. 巻: 162 ページ: 335-342
  • DOI: 10.1093/jb/mvx038
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo regulation of glycogen synthase kinase 3β activity in neurons and brains. (2017)
  • 著者名/発表者名: Krishnankutty A, Kimura T, Saito T, Aoyagi K, Asada A, Takahashi SI, Ando K, Ohara-Imaizumi M, Ishiguro K, Hisanaga SI.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 7 ページ: 8602
  • DOI: 10.1038/s41598-017-09239-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cdk5 Regulation of the GRAB-Mediated Rab8-Rab11 Cascade in Axon Outgrowth. (2017)
  • 著者名/発表者名: Furusawa K, Asada A, Urrutia P, Gonzalez-Billault C, Fukuda M, Hisanaga SI.
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 37 ページ: 790-806
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2197-16.2016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Excess APP O-glycosylation by GalNAc-T6 decreases Aβ production. (2017)
  • 著者名/発表者名: Akasaka-Manya K, Kawamura M, Tsumoto H, Saito Y, Tachida Y, Kitazume S, Hatsuta H, Miura Y, Hisanaga SI, Murayama S, Hashimoto Y, Manya H, Endo T.
  • 雑誌名: J Biochem. 巻: 161 ページ: 99-111
  • DOI: 10.1093/jb/mvw056
  • 査読あり
• [雑誌論文] 複雑怪奇なリン酸化タンパク質タウのPhos-tag解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村妙子、久永眞市
  • 雑誌名: 電気泳動 巻: 61 ページ: 49-52
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cdk5の多彩な機能-神経細胞から非神経系 (2017)
  • 著者名/発表者名: 斎藤太郎、久永眞市
  • 雑誌名: 生化学 巻: 89 ページ: 710-718
  • 査読あり
• [学会発表] タウタンパク質老化機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高島明彦
  • 学会等名: 第30回日本老年学会総会シンポジウム
• [学会発表] Local somatodendrititc translation of tau protein triggered by AMPA and NMDA receptor stimulation (2017)
  • 著者名/発表者名: 高島明彦
  • 学会等名: Society for Neuroscience 2017
  • 国際学会
• [学会発表] タンパク質の生理機能と認知症における役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高島明彦
  • 学会等名: CnBio(分子生物学会）ワークショップ
• [学会発表] ALS/FTLDにおけるFUSの機能の重要性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石垣診祐
  • 学会等名: 2017年度 生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] 3’UTR length-dependent control of SynGAP isoform α2 mRNA by FUS and ELAV-like proteins promotes dendritic spine maturation and cognitive function. (ポスター） (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoi S, Udagawa T, Fujioka Y, Honda D, Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Ishigaki S, Sobue G.
  • 学会等名: WCN 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Silencing of FUS in the brain of non-human primates via stereotaxic injection of an adeno-associated virus encoding shRNA.(ポスター） (2017)
  • 著者名/発表者名: Endo K, Ishigaki S, Fujioka Y, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G.
  • 学会等名: WCN 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Aberrant interaction between FUS and SFPQ in 4R-tau dominant tauopathy brains. (ポスター） (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki S, Riku Y, Fujioka Y, Honda D, Yokoi S, Endo K, Kawai K, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G.
  • 学会等名: The 47th Society for Neuroscience annual meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Silencing of FUS in the non-human primate brain via stereotaxic injection of an adeno-associated virus encoding shRNA. (ポスター） (2017)
  • 著者名/発表者名: Endo K, Ishigaki S, Fujioka Y, Watanabe H, Katsuno M, Sobue G.
  • 学会等名: The 47th Society for Neuroscience annual meeting
  • 国際学会
• [学会発表] FUS and ELAV-like proteins cooperatively control SynGAP isoform α2 in a 3'UTR length-dependent manner to promote dendritic spine maturation and cognitive function. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoi S, Udagawa T, Fujioka Y, Honda D, Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Ishigaki S, Sobue G.
  • 学会等名: The 47th Society for Neuroscience annual meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a single cell analysis tool for neurological disorders on 2D-plate with positional information. （ポスター） (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki S, Uno H, Wang Z-H, Ukita Y, Bhardwaj R, Tue PT, Yurino H, Hashimoto S, Oka T, Kawahara K, Urisu T, Takamura Y, and Sobue G.
  • 学会等名: The 40th annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Cooperative control of SynGAP isoform α2 mRNA stability by FUS and ELAV-like proteins promotes dendritic spine maturation and cognitive function. (ポスター） (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoi S, Udagawa T, Fujioka Y, Honda D, Okado H, Watanabe H, Katsuno M, Ishigaki S, Sobue G.
  • 学会等名: The 40th annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Establishment of adeno-associated virus vector system for silencing FUS in common marmoset brain. (ポスター） (2017)
  • 著者名/発表者名: Endo K, Ishigaki S, Masamizu Y, Hatanaka N, Fujioka Y, Watakabe A, Yamamori T, Katsuno M, Watanabe H, Matsuzaki M, Nambu A, Sobue G.
  • 学会等名: The 40th annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Ubiquitin-dependent and -independent degradation of p35 activation subunit of neuronal Cdk, Cdk5. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takasugi T, Minegishi S, Asada A, Saito T, Hiroyuki K, Hisanaga S.
  • 学会等名: Experimental Biology 2017 (Annual meeting of American Socity of Biochemistry and Molecullar Biology)
  • 国際学会
• [学会発表] エンドソームのトラッフィキング制御と軸索形成及び維持 (2017)
  • 著者名/発表者名: 久永眞市
  • 学会等名: SAM研究会シンポジウム
• [学会発表] Cdk5 regulation of the GRAB-mediated Rab11-Rab8 cascade in axon outgrowth. (2017)
  • 著者名/発表者名: Furusawa K, Asada A, Urrutia P, Gonzalez-Billault C, Fukuda M, Hisanaga S.
  • 学会等名: 第60回日本神経化学会
• [学会発表] LMTK1 is a novel membrane bound kinase involved in anxiety and depression. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi M, Sugiyama A, Takahashi R, Fukuda K, Tomomura M, Ando K, Hisanaga S.
  • 学会等名: ISN-ESN Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Dendritic spine formation is regulated by Lemur kinase 1A (LMTK1A) via Rab11A-positive endosome trafficking. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishino H, Takano T, Tsutsumi K, Asada A, Saito T, Ando K, Hisanaga S.
  • 学会等名: ISN-ESN Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Isoform-independent and -dependent phosphorylation of microtubule-associated protein tau in mouse brain during postnatal development. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tuerde D, Kimura T, Miyasaka T, Furusawa K, Shimozawa A, Hasegawa M, Ando K, Hisanaga S.
  • 学会等名: The International Society of Neurochemistry (ISN) and the European Society for Neurochemistry (ESN)
  • 国際学会
• [学会発表] Phosphorylation of serotonin 1A receptor (5HT1AR) by Cdk5. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi M, Kobayashi Y, Ando K, Saito Y, Hisanaga S.
  • 学会等名: 第60回日本神経化学会大会
• [学会発表] Cyclin-dependent kinase 5, its role in neuronal differentiation, synaptic activity and neurodegeneration. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hisanaga S.
  • 学会等名: Royan International Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 複雑怪奇なリン酸化タンパク質タウのPhos-tag解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村妙子、久永眞市
  • 学会等名: 電気泳動学会シンポジウム
• [学会発表] Isoform-independent and -dependent phosphorylation of microtubule-associated protein tau in mouse brain during postnatal development. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tuerde D, Kimura T, Miyasaka T, Furusawa K, Shimozawa A, Hasegawa M, Ando K, Hisanaga S.
  • 学会等名: Cell symposium: Big question in Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Cdk5-dependent phosphorylation of GRAB, a guanine nucleotide exchange factor for Rab8, regulates neuronal migration in the developing cerebral cortex. (2017)
  • 著者名/発表者名: Furusawa K, Asada A, Urrutia P, Gonzalez-Billault C, Fukuda M, Hisanaga S.
  • 学会等名: ASCB/EMBO 2017 Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] アルツハイマー型認知症関連因子βセクレターゼ（BACE1）の細胞内輸送におけるLemur kinase1A（LMTK1A）の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 駒木圭介、池田識人、佐藤裕、淺田明子、斉藤太郎、久永眞市
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会
• [学会発表] Phospho-tau bar code－死後脳でのタウリン酸化解析はタウオパチーの診断に役立つか？ (2017)
  • 著者名/発表者名: 久永眞市
  • 学会等名: 新学術領域研究「コホート・生体試料支援プラットフォーム」研究者対象シンポジウム
• [産業財産権] TDP-43の発現量を調節するアンチセンスオリゴヌクレオチド及びその用途 (2017)
  • 発明者名: 祖父江、石垣、佐橋、永井、前田、武内、閨、藤原、松田
  • 権利者名: 国立大学法人 名古屋大学/大阪大学, (株)神戸天然物化学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-134890
• [産業財産権] 細胞内容物の回収方法および回収装置 (2017)
  • 発明者名: 宇理須恒夫、石垣診祐、宇野秀隆、高村禅
  • 権利者名: 国立大学法人名古屋大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-160962