タンパク質の老化基盤と病原性タンパク質の伝播機構

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Prevention of brain protein aging and dementia
• Project/Area Number: 26117005
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: 長谷川 成人 公益財団法人東京都医学総合研究所, 認知症・高次脳機能研究分野, 分野長 (10251232)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北本 哲之 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20192560)
• Project Period (FY): 2014-06-27 – 2019-03-31
• Keywords: タウ / αシヌクレイン / TDP-43 / プリオン / 伝播 / CJD

Outline of Annual Research Achievements

αシヌクレイン(αSyn)はパーキンソン病やレビー小体型認知症などの疾患に出現する線維性病理構造物の主成分である。我々は野生型マウスに線維化αSynを脳内に接種するとリン酸化αSyn病変が出現し、プリオン様の機序により時間経過と共に脳内に広がることを証明した。今年度は異なる脳領域（黒質、線条体、嗅内野）に線維化αSynを接種し、最初にどこに病変が出現し、どのように広がるのかを検討した結果、接種部位によってまったく異なる病変の出現、広がりを示すこと、病変は神経回路を介して広がること、さらに、線条体に接種した場合に顆粒状のタウやTDP-43の病変も観察され、他のタンパク質病変も誘導される可能性があることが示唆された。また、TDP-43の毒性について、全長TDP-43とTDP-43のC末端断片が別の機序により、神経毒性を発揮することを明らかにした。全長TDP-43は過剰発現すると、カスパーゼの活性化、G2/M期の停止を伴う強い細胞死を誘導した一方、C末端断片を発現すると細胞内で凝集し、増殖が抑制されたが、アポトーシスのような細胞死は確認されなかった。
ヒト・プリオン病に関し、平成26年度は、ヒトからヒトへの感染が直接証明できる診断法を確立した。本邦でヒトからヒトへのプリオン感染が問題となっているのは硬膜移植（ライオデュラ）による感染である。MMiK（129Met/Met, intermediate type, kuru plaque）を指標として従来sCJDとして報告されている症例を検討したところ、わが国で1例、米国で1例のMMiKに相当する症例を見出した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

タウ、αシヌクレイン、TDP-43について、試験管、細胞、マウスモデルを用いてプリオン様性質の解析を進めているが、いずれもほぼ予想通りの実験結果が得られており、順調に計画が進んでいると思われる。
特に、伝播のメカニズムの一つとして、アルツハイマー病の原因遺伝子であるアミロイド前駆体蛋白質(APP)が線維化したタウの細胞内への取り込みの促進に関与していることを明らかにし、異常タンパク質伝播のリセプターとして働く可能性を示した点は非常に大きな成果であると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

現在、様々なタウオパチー患者脳に蓄積する異常タウの解析において、疾患ごとにタウの断片のバンドパターンが異なること、またそれがシードとしてはたらく最小単位である可能性について検討を進めている。生化学的解析から示された結果については、現在論文投稿の準備を進めている。また、αシヌクレインについては、様々なサイズ、重さの線維を形成し、それを培養細胞、そしてマウスに接種し、病変の形成の観察をすすめ、こちらも論文投稿の準備にはいりつつある。TDP-43については、様々な変異体や欠損体などを発現するプラスミドの作製をほぼ完了し、それらを大腸菌や培養細胞に発現してその性状やプリオン様性質を調べている。
プリオン病に関しては、本邦例と米国例は、それぞれ感染ルートが不明であったのでsCJDと報告されてきたのだが、改めて感染ルートの糸口を探ると、本邦例では脳外科の手術後（硬膜移植は使用されていない）の症例であり、米国例は本人が脳外科医であった。本研究によってMMiKという表現系を示すCJDを見つけるとたった1例でも獲得性プリオン病であると診断可能であることを明らかとした。今後は、MMiKの感染性の検討を短期間で可能なように方法論を開発する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Extracellular association of APP and tau fibrils induces intracellular aggregate formation of tau. (2015)
  • Author(s): Takahashi M, Miyata H, Kametani F, Nonaka T, Akiyama H, Hisanaga S, *Hasegawa M.
  • Journal Title: Acta Neuropathol Volume: 29 Pages: 895- 907
  • DOI: 10.1007/s00401-015-1415-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Transmission properties of atypical Creutzfeldt-Jakob disease: a clue to disease etiology? (2015)
  • Author(s): Kobayashi A, Parchi P, Yamada M, Brown P, Saverioni D, Matsuura Y, Takeuchi A, Mohri S, Kitamoto T.
  • Journal Title: J Virol. Volume: 89 Pages: 3939-46
  • DOI: 10.1128/JVI.03183-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Progranulin Reduction Is Associated With Increased Tau Phosphorylation in P301L Tau Transgenic Mice. (2015)
  • Author(s): Hosokawa M, Arai T, Masuda-Suzukake M, Nonaka T, Kondo H, Matsuwaki T, Nishihara M, Hasegawa M, Akiyama H
  • Journal Title: J Neuropathol Exp Neurol Volume: 74 Pages: 158-165
  • DOI: 10.1097/NEN.0000000000000158
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Descriptive epidemiology of prion disease in Japan: 1999-2012. (2015)
  • Author(s): Nakamaura Y, Ae R, Takumi I, Sanjo N, Kitamoto T, Yamada M, Mizusawa H.
  • Journal Title: J Epidemiol Volume: 25 Pages: 8-14
  • DOI: 10.2188/jea.JE20140022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Creutzfeldt-Jakob disease with homozygous M232R mutation: A case report. (2015)
  • Author(s): Kon T, Miki Y, Arai A, Funamizu Y, Ueno T, Haga R, Nishijima H, Suzuki C, Nunomura J, Baba M, Oyama Y, Shiga Y, Kitamoto T, Tomiyama M.
  • Journal Title: J Neurol Sci Volume: 352 Pages: 108-9
  • DOI: 10.1016/j.jns.2015.03.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sporadic Creutzfeldt-Jakob Disease MM1+2C and MM1 Are Identical in Transmission Properties. (2015)
  • Author(s): Kobayashi A, Matsuura Y, Iwaki T, Iwasaki Y, Yoshida M, Takahashi H, Murayama S, Takao M, Kato S, Yamada M, Mohri S, Kitamoto T.
  • Journal Title: Brain Pathol Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1111/bpa.12264.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Accumulation of dipeptide repeat proteins predates that of TDP-43 in Frontotemporal Lobar Degeneration associated with hexanucleotide repeat expansions in C9ORF72 gene (2015)
  • Author(s): 2.Baborie A, Griffiths TD, Jaros E, Perry R, McKeith IG, Burn DJ, Masuda-Suzukake M, Hasegawa M, Rollinson S, Pickering-Brown S, Robinson AC, Davidson YS, Mann DM
  • Journal Title: Neuropathol Appl Neurobiol Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1111/nan.12178
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinct pathways leading to TDP-43-induced cellular dysfunctions. (2014)
  • Author(s): Yamashita M, Nonaka T, Hirai S, Miwa A, Okado H, Arai T, Hosokawa M, Akiyama H, Hasegawa M.
  • Journal Title: Hum Mol Genet Volume: 23 Pages: 4345-56
  • DOI: 10.1093/hmg/ddu152
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pathological alpha-synuclein propagates through neural networks. (2014)
  • Author(s): Masuda-Suzukake M, Nonaka T, Hosokawa M, Kubo M, Shimozawa A, Akiyama H, Hasegawa M.
  • Journal Title: Acta Neuropathol Commun. Volume: 2 Pages: 88
  • DOI: 10.1186/PREACCEPT-1296467154135944
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Concomitant accumulation of α-synuclein and TDP-43 in a patient with corticobasal degeneration. (2014)
  • Author(s): Yamashita S, Sakashita N, Yamashita T, Tawara N, Tasaki M, Kawakami K, Komohara Y, Fujiwara Y, Kamikawa M, Nakaagaw T, Hirano T, Maeda Y, Hasegawa M, Takeya M, Ando Y.
  • Journal Title: J Neurol Volume: 261 Pages: 2209-17
  • DOI: 10.1007/s00415-014-7491-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tau accumulation in the nucleus accumbens in tangle-predominant dementia (2014)
  • Author(s): Kawakami I, Hasegawa M, Arai T, Ikeda K, Oshima K, Niizato K, Aoki N, Omi K, Higashi S, Hosokawa M, Hirayasu Y, Akiyama H
  • Journal Title: Acta Neuropathol Commun Volume: 2 Pages: 40
  • DOI: 10.1186/2051-5960-2-40
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Brain distribution of dipeptide repeat proteins in frontotemporal lobar degeneration and motor neurone disease associated with expansions in C9ORF72. (2014)
  • Author(s): Davidson YS, Barker H, Robinson AC, Thompson JC, Harris J, Troakes C, Smith B, Al-Saraj S, Shaw C, Rollinson S, Masuda-Suzukake M, Hasegawa M, Pickering-Brown S, Snowden JS, Mann DM.
  • Journal Title: Acta Neuropathol Commun Volume: 2 Pages: 70
  • DOI: 10.1186/2051-5960-2-70
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] C9ORF72 repeat-associated non-ATG-translated polypeptides are distributed independently of TDP-43 in a Japanese patient with c9ALS (2014)
  • Author(s): Konno T, Tada M, Shiga A, Tsujino A, Eguchi H, Masuda-Suzukake M, Hasegawa M, Nishizawa M, Onodera O, Kakita K, Takahashi H.
  • Journal Title: Neuropathol Appl Neurobiol Volume: 40 Pages: 783–788
  • DOI: 10.1111/nan.12157
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cyclin-dependent kinase 5 phosphorylates and induces the degradation of ataxin-2 (2014)
  • Author(s): Asada A, Yamazaki R, Kino Y, Saito T, Kimura T, Miyake M, Hasegawa M, Nukina N, Hisanaga S.
  • Journal Title: Neurosci Lett. Volume: 563 Pages: 112-7
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2014.01.046
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluating prion models on comprehensive mutation data of mouse PrP. (2014)
  • Author(s): Shirai T, Saito M, Kobayashi A, Asano M, Hizume M, Ikeda S, Teruya K, Morita M, Kitamoto T.
  • Journal Title: Structure Volume: 22 Pages: 560-571
  • DOI: 10.1016/j.str.2013.12.019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Creutzfeldt-Jakob disease with a codon 210 mutation: first pathological observation in a Japanese patient. (2014)
  • Author(s): Tajima Y, Satoh C, Mito Y, Kitamoto T
  • Journal Title: Intern Med Volume: 53 Pages: 483-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinct origins of dura mater graft-associated Creutzfeldt-Jakob disease: past and future problems. (2014)
  • Author(s): Kobayashi A, Matsuura Y, Mohri S, Kitamoto T
  • Journal Title: Acta Neuropathol Commun Volume: 2 Pages: 32
  • DOI: 10.1186/2051-5960-2-32
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Clinical features of genetic Creutzfeldt-Jakob disease with V180I mutation in the prion protein gene. (2014)
  • Author(s): Qina T, Sanjo N, Hizume M, Higuma M, Tomita M, Atarashi R, Satoh K, Nozaki I, Hamaguchi T, Nakamura Y, Kobayashi A, Kitamoto T, Murayama S, Murai H, Yamada M, Mizusawa H.
  • Journal Title: BMJ Open Volume: 4 Pages: e004968
  • DOI: 10.1136/bmjopen-2014-004968.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Gerstmann-Straeussler-Scheinker disease with P102L prion protein gene mutation presenting with rapidly progressive clinical course. (2014)
  • Author(s): Iwasaki Y, Mori K, Ito M, Nokura K, Tatsumi S, Mimuro M, Kitamoto T, Yoshida M.
  • Journal Title: Clin Neuropathol Volume: 33 Pages: 344-53
  • DOI: 10.5414/NP300733.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 神経変性疾患の病態進行とプリオン仮説 (2014)
  • Author(s): 長谷川成人
  • Organizer: 川棚神経科学の会, 特別講演3
  • Place of Presentation: 長崎川棚医療センター（長崎県・川棚町）
  • Year and Date: 2014-12-06
  • Invited
• [Presentation] 「タウは認知症治療標的として魅力的か？」 (2014)
  • Author(s): 長谷川成人
  • Organizer: 第33回日本認知症学会学術集会シンポジウム
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-30
  • Invited
• [Presentation] Prion-like properties of pathological proteins from diseased brains. (2014)
  • Author(s): Hasegawa M
  • Organizer: Brain Conference 2014, Symposium 4「Pathological propagation in neurodegenerative diseases」
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2014-11-06
  • Invited
• [Presentation] αシヌクレイン. (2014)
  • Author(s): 長谷川成人
  • Organizer: 第８回パーキンソン病・運動障害疾患コングレス２０１４
  • Place of Presentation: 京都オークラホテル（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2014-10-04
  • Invited
• [Presentation] Prion-like features in alpha-synucleinopathies. (2014)
  • Author(s): Hasegawa M
  • Organizer: XVIIIth International Congress of Neuropathology 2014. W3: Prion-like mechanisms in neurodegenerative disorders.
  • Place of Presentation: Rio de Janeiro, Brazil
  • Year and Date: 2014-09-15
  • Invited
• [Presentation] Pathological alpha-synuclein spreading explains the disease progression. (2014)
  • Author(s): Hasegawa M
  • Organizer: Neuroscience 2014. Joint Symposium of the Japan Neuroscience Society and the Korean Society of Brain and Neuroscience: Molecular Mechanisms underlying Parkinson Disease.
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-12
  • Invited
• [Presentation] 神経変性疾患における細胞内異常タンパク質の伝播. (2014)
  • Author(s): 長谷川成人
  • Organizer: 第2回 アミロイドーシス研究会 学術集会
  • Place of Presentation: KKRホテル東京（東京都・千代田区）
  • Year and Date: 2014-08-22
  • Invited
• [Remarks] 「Acta Neuropathologica」に研究成果が発表されました。
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/topics/2015/0414.html
• [Remarks] 「Human Molecular Genetics」に研究成果が発表されました。
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/topics/2014/0405.html