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2022 年度 実績報告書

軸索輸送モーターKIF5Aによる長距離輸送機構と疾患のクロススケール解析

公募研究

研究領域クロススケール新生物学
研究課題/領域番号 22H05523
研究機関東北大学

研究代表者

丹羽 伸介  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (30714985)

研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2024-03-31
キーワード軸索輸送 / キネシン / KIF5A
研究実績の概要

KIF5Aはキネシンスーパーファミリーのモータータンパク質で、神経細胞内でミトコンドリア、リソソーム、RNA複合体といったさまざまな荷物を軸索輸送している。KIF5Aの変異は、家族性および弧発性の筋萎縮性側索硬化症(ALS)を引き起こすことが知られている。複数のALS変異が見つかっているが、これらALS変異のほとんどはKIF5Aのイントロンにあり、KIF5A mRNAのミススプライシングを誘発する。その結果、ヒトKIF5AではKIF5Aの貨物結合尾部ドメインをコードするエクソン27をスプライシングアウトすることに繋がる。そのため、ALSはKIF5Aの機能喪失によって引き起こされると考えられてきた。私たちの本年度に実施した研究の結果、ALS型KIF5Aは神経細胞内で凝集を引き起こすことがわかった。不思議なことに精製したALS型KIF5Aは、野生型KIF5Aよりも微小管上を活発に運動することがわかった。精製したALS型KIF5Aは試験管内の実験で凝集体を形成しやすかった。さらに、ALS型KIF5Aを発現させた線虫の神経細胞では、軸索の細断、軸索の迷走、神経細胞そのものの変性と言った形態的な異常が見られた。これらのデータから、ALSに関連するKIF5Aの変異は、単純な機能喪失型変異ではなく、毒性のある機能獲得型変異であることが示唆された。
また、計画班に協力し、微小管がCAMSAP2と呼ばれるタンパク質から重合する様子を観察することに成功した。さらにKLP-12とよばれる微小管の重合を止めるユニークなモーターがその活性を発揮するメカニズムを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
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

疾患モデル線虫を作成しただけでなくその表現型解析も終了し、既にKIF5AがALSを引き起こすメカニズムを明らかにした最初の論文を発表することに成功している。

今後の研究の推進方策

野生型KIF5Aを過剰発現した線虫を用いてKIF5Aが凝集を引き起こすような変異体を単離することを目指す。このような変異体を作成することができればいかにして細胞は凝集から身を守っているのかを明らかにすることができる。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア大学デイビス校(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      カリフォルニア大学デイビス校
  • [雑誌論文] Insight into the regulation of axonal transport from the study of KIF1A-associated neurological disorder2023

    • 著者名/発表者名
      Chiba Kyoko、Kita Tomoki、Anazawa Yuzu、Niwa Shinsuke
    • 雑誌名

      Journal of Cell Science

      巻: 136 ページ: -

    • DOI

      10.1242/jcs.260742

  • [雑誌論文] An ALS‐associated KIF5A mutant forms oligomers and aggregates and induces neuronal toxicity2022

    • 著者名/発表者名
      Nakano Juri、Chiba Kyoko、Niwa Shinsuke
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 27 ページ: 421~435

    • DOI

      10.1111/gtc.12936

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synergistic autoinhibition and activation mechanisms control kinesin-1 motor activity2022

    • 著者名/発表者名
      Chiba Kyoko、Ori-McKenney Kassandra M.、Niwa Shinsuke、McKenney Richard J.
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 39 ページ: 110900~110900

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2022.110900

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] CAMSAP2 organizes a γ-tubulin-independent microtubule nucleation centre through phase separation2022

    • 著者名/発表者名
      Imasaki Tsuyoshi、Kikkawa Satoshi、Niwa Shinsuke et al
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 11 ページ: -

    • DOI

      10.7554/eLife.77365

  • [雑誌論文] De novo mutations in KIF1A-associated neuronal disorder (KAND) dominant-negatively inhibit motor activity and axonal transport of synaptic vesicle precursors2022

    • 著者名/発表者名
      Anazawa Yuzu、Kita Tomoki、Iguchi Rei、Hayashi Kumiko、Niwa Shinsuke
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 119 ページ: -

    • DOI

      10.1073/pnas.2113795119

  • [雑誌論文] Structural model of microtubule dynamics inhibition by kinesin-4 from the crystal structure of KLP-12-tubulin complex2022

    • 著者名/発表者名
      Taguchi Shinya、Nakano Juri、Imasaki Tsuyoshi、Kita Tomoki、Saijo-Hamano Yumiko、Sakai Naoki、Shigematsu Hideki、Okuma Hiromichi、Shimizu Takahiro、Nitta Eriko、Kikkawa Satoshi、Mizobuchi Satoshi、Niwa Shinsuke、Nitta Ryo
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 11 ページ: -

    • DOI

      10.7554/eLife.77877

  • [雑誌論文] Dynein intermediate chains DYCI‐1 and WDR‐60 have specific functions in Caenorhabditis elegans2022

    • 著者名/発表者名
      Higashida Maki、Niwa Shinsuke
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 28 ページ: 97~110

    • DOI

      10.1111/gtc.12996

  • [学会発表] KIF5A遺伝子の変異がALSを起こすメカニズム2023

    • 著者名/発表者名
      丹羽伸介
    • 学会等名
      日本解剖学会

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公開日: 2023-12-25  

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