神経変性疾患における液-液相分離の制御破綻による蛋白質凝集メカニズムの解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02840
• 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: 小澤 大作 近畿大学, 医学部, 定時職員 (60554524)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 蛋白質 / 脳神経疾患 / 液－液相分離 / 非膜性オルガネラ / アミロイド

研究実績の概要

アルツハイマー病、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症、ポリグルタミン（PolyQ）病など多くの神経変性疾患では、蛋白質のミスフォールディング・凝集による普遍的な共通の発症分子メカニズムが考えられている。申請者らは、これらの疾患原因蛋白質の生理的な液-液相分離（LLPS）の不均衡が、核小体、ストレス顆粒など非膜性オルガネラの形成の制御破綻を引き起こし、不可逆的な病的蛋白質凝集の引き金になるという仮説を考えている。
本研究では、蛋白質自身に関わるシス因子とその環境に関わるトランス因子の両方の視点から、疾患原因蛋白質のLLPS制御機構を明らかにし、その破綻による蛋白質凝集メカニズムを解明することを目的として、以下の研究を行った。
１）疾患蛋白質の液滴形成から凝集体形成に至る制御機構の解明
PolyQ蛋白質について、PolyQ鎖の伸長変異によりLLPSによる液滴を形成し、アミロイド様凝集体を形成することを明らかにした。一方、TDP-43-MBPについて、LLPSによる液滴形成後、TEVプロテアーゼによるMBP切断によりアミロイド様凝集体を形成することを明らかにした。
２）疾患蛋白質の細胞内輸送による非膜性オルガネラ形成制御機構の解明
培養細胞系を用いて、微小管重合阻害剤やDynein/Dynactin系やKinesin系関連分子のノックダウンなどによる微小管輸送障害によりTDP-43のストレス顆粒からの解離が遅延し、ユビキチン化細胞質内凝集体を形成することを明らかにした。さらにTDP-43を発現するALS/FTDモデルショウジョウバエを用いて、DCTN1のノックダウンによりTDP-43凝集体および神経変性が増悪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

今年度の研究計画を予定通りに完了した。

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）疾患蛋白質の液滴形成から凝集体形成に至る制御機構の解明
PolyQ蛋白質について、トランス因子としてアルギニンなど凝集阻害薬による液滴形成→凝集過程への影響を明らかにする。TDP-43-MBPについて、トランス因子として様々なRNAとの相互作用による液滴形成→凝集過程への影響を明らかにする。
２）疾患蛋白質の細胞内輸送による非膜性オルガネラ形成制御機構の解明
TDP-43を発現するALS/FTDモデルショウジョウバエを用いて、微小管輸送関連遺伝子のTDP-43凝集体や神経変性に対する役割を明らかにする。

研究成果

• [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] 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] 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 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] Emerging roles of extracellular vesicles in polyglutamine diseases: mutant protein transmission, therapeutic potential, and diagnostics. (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi T., Nagai Y.
  • 雑誌名: Neurochem. Int. 巻: 157 ページ: 105357
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2022.105357
  • 査読あり
• [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] 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] 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] 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] 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] 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
• [図書] 脳神経疾患最新の治療 2024-2026 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤井佳奈子、永井義隆
  • 総ページ数: -
  • 出版者: 南江堂
  • ISBN: 9784524227853