Molecular mechanism for the maintenance of proteostasis in motor neurons

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26290018
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 秦野 伸二 東海大学, 医学部, 教授 (60281375)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大友 麻子 東海大学, 医学部, 助教 (50535226)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 脳神経疾患 / 脳・神経 / 神経科学 / 遺伝子 / 蛋白質

Outline of Annual Research Achievements

筋萎縮性側索硬化症(ALS)は、上位及び下位運動ニューロンの選択的変性を特徴とする進行性運動ニューロン疾患である。本研究は、複数のALS疾患発症要因の相互連関に関するこれまでの研究から見出された“p62シグナル系”を制御系候補として、p62が担う細胞内システム制御系の分子機構とその異常について解析し、最終的にALS発症に関わる運動ニューロン恒常性維持機構、及びその破綻の分子基盤を明らかにすることを目指すものである。平成28年度は、変異型SOD1-TG、p62-KO及びAls2-KOマウスの三重変異体マウスの解析から、変異SOD1-TGマウスにおいて、ALS2及びp62の機能喪失がいずれも疾患発症を加速させることを見出した。さらに、当該マウスモデルにおいてALS2とp62を同時に喪失させた場合には、各々の機能喪失効果が相加的に働き、疾患発症がさらに早まることを見出した。病理組織学的解析により、ALS2欠損が変異SOD1誘導性ユビキチン陽性凝集体及びp62凝集体の細胞外蓄積を加速させるのに対して、p62欠損はユビキチン陽性凝集体の運動ニューロン内での選択的蓄積及び細胞外蓄積の抑制をもたらすことも明らかとなった。すなわち、ALS2及びp62は共にオートファジー・エンドリソソーム系に関連するALS疾患責任遺伝子産物であるが、中枢神経組織内では両者は異なるメカニズムによりタンパク質分解を制御していることが明らかとなった。次に、個体でのp62過剰発現の効果、ならびに神経特異的なp62喪失の影響を解析するため、SOD1-TGとp62-TGマウスとの交配実験を開始した。その結果、予想とは異なり、p62過剰発現SOD1-TGマウスにおいては、逆に疾患症状を悪化させることが判明した。今後、p62過剰発現及び神経特異的p62欠損の影響については更なる分子病態解析を行う計画である。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Sichuan University(China)
  • Country Name: China
  • Counterpart Institution: Sichuan University
• [Journal Article] Inositol hexakisphosphate kinase 2 is a pre-symptomatic biomarker for amyotrophic lateral sclerosis. (2017)
  • Author(s): Moriya, Y., Nagata, E., Fujii, N., Satoh, T., Ogawa, H., Hadano, S., and Takizawa, S.
  • Journal Title: Tokai J. Exp. Clin. Med. Volume: 42 Pages: 13-18
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mutation screening of the CHCHD10 gene in Chinese patients with amyotrophic lateral sclerosis. (2017)
  • Author(s): Zhou, Q. Q., Chen, Y. P., Wei, Q. -Q., Cao, B., Wu, Y., Zhao, B., Ou, R. W., Yang, J., Chen, X. P., Hadano, S., and Shang, H. -F.
  • Journal Title: Mol. Neurobiol Volume: 印刷中 Pages: -
  • DOI: 10.1007/s12035-016-9888-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functional links between SQSTM1 and ALS2 in the pathogenesis of ALS: cumulative impact on the protection against mutant SOD1-mediated motor dysfunction in mice. (2016)
  • Author(s): Hadano, S., Mitsui, S., Pan, L., Otomo, A., Kubo, M., Sato, K., Ono, S., Onodera, W., Abe, K., Chen, X. P., Koike, M., Uchiyama, Y., Aoki, M., Warabi, E., Yamamoto, M., Ishii, T., Yanagawa, T., Shang, H. -F., and Yoshii, F.
  • Journal Title: Hum. Mol. Genet. Volume: 25 Pages: 3321-3340
  • DOI: 10.1093/hmg/ddw180
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Aberration of miRNAs expression in leukocytes from sporadic amyotrophic lateral sclerosis. (2016)
  • Author(s): Chen, Y. P., Wei, Q. Q., Chen, X. P., Li, C. Y., Cao, B., Ou, R. W., Hadano, S., and Shang, H. -F.
  • Journal Title: Front. Mol. Neurosci. Volume: 9 Pages: -
  • DOI: 10.3389/fnmol.2016.00069
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Dichotomous effect of systemic overexpression of SQSTM1 on disease onset and post-onset survival in SOD1H46R mice. (2017)
  • Author(s): Mitsui, S., Otomo, A., Nozaki, M., Ono, S., Sato, K., Shirakawa, R., Adachi, H., Aoki, M., Sobue, G., Shang, H. -F. and Hadano, S.
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2017-07-20 – 2017-07-23
• [Presentation] The ALS2-interacting protein Rab30 is a possible regulator for vesicular trafficking between early endosome and the Golgi apparatus. (2017)
  • Author(s): Otomo, A., Matsui, K., Onodera, W., Sugiyama, J., Ishida, T., Sato, K., Mitsui, S., Shirakawa, R., Nozaki, M., Ono, S., Fukuda, M., and Hadano, S.
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2017-07-20 – 2017-07-23
• [Presentation] 軸索輸送現象の定量評価に向けた開放型マイクロデバイスの開発および評価 (2017)
  • Author(s): 横山奨，串田隆志，石田智之，大友麻子，秦野伸二，木村啓志
  • Organizer: シンポジウム「細胞アッセイ技術の現状と将来」、細胞アッセイ研究会
  • Place of Presentation: 東京大学生産技術研究所コンベンションホール（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2017-01-31 – 2017-01-31
• [Presentation] Alterations of oligomeric states and subcellular localization of ALS2 mutants underlie the pathogenesis of ALS2-linked motor neuron diseases. (2016)
  • Author(s): Sato, K., Suzuki-Utsunomiya, K., Hiratsuka, Y., Mitsui, S., Ono, S., Otomo, A., and Hadano, S.
  • Organizer: 27th International Symposium on ALS/MND
  • Place of Presentation: Dublin (Republic of Ireland)
  • Year and Date: 2016-12-07 – 2016-12-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Systemic overexpression of SQSTM1 accelerates age of disease onset and reduces survival in SOD1H46R mice. (2016)
  • Author(s): Mitsui, S., Otomo, A., Nozaki, M., Ono, S., Sato, K., Shirakawa, R., Adachi, H., Aoki, M., Sobue, G., Shang, H. -F., and Hadano, S.
  • Organizer: 27th International Symposium on ALS/MND
  • Place of Presentation: Dublin (Republic of Ireland)
  • Year and Date: 2016-12-07 – 2016-12-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of axonal transport in cultured neurons derived from an ALS mouse model by using the microfluidic cell culture system. (2016)
  • Author(s): Otomo, A., Araki, R., Ishida, T., Shirakawa, R., Mitsui, S., Ono, S., Sato, K., Yokoyama, S., Kimura, H., and Hadano, S.
  • Organizer: 27th International Symposium on ALS/MND
  • Place of Presentation: Dublin (Republic of Ireland)
  • Year and Date: 2016-12-07 – 2016-12-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ALS患者由来SQSTM1/p62変異体の神経細胞における局在と機能の解析 (2016)
  • Author(s): 白川涼平、濱祐太郎、大友麻子、Shang, H. -F.、秦野伸二
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] マイクロ流体デバイスを用いたALS疾患モデルの解析 (2016)
  • Author(s): 石田智之、荒木良介、大友麻子、横山奨、串田隆志、杉山純也、秦野伸二、木村啓志
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 新規ALS2結合候補分子Rab30の発現及び細胞内動態解析 (2016)
  • Author(s): 松井香奈、小野寺和歌奈、大友麻子、福田光則、秦野伸二
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] SQSTM1の全身性高発現は変異SOD1発現ALSマウスモデルの発症を早める (2016)
  • Author(s): 三井駿、大友麻子、野崎昌久、小野鈴花、佐藤海、白川涼平、足立弘明、青木正志、祖父江元、Shang, H. -F.、秦野伸二
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] ALS2疾患原因変異体の高次構造および細胞内局在の変化はALS2関連運動ニューロン疾患の発症要因である (2016)
  • Author(s): 佐藤海、鈴木-宇都宮恭子、平塚結衣、三井駿、小野鈴花、大友麻子、秦野伸二
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 神経変性疾患の発症機序解明に向けた新たな展開 (2016)
  • Author(s): 秦野伸二
  • Organizer: 東海大学総合医学研究所第12回研修会
  • Place of Presentation: 東海大学医学部（神奈川県・伊勢原市）
  • Year and Date: 2016-10-29 – 2016-10-29
• [Presentation] Development of novel device with high-throughout axonal transport quantification. (2016)
  • Author(s): Yokoyama, S., Wada, J., Kushida, T., Araki, R., Ishida, T., Otomo, A., Hadano, S., and Kimura, H.
  • Organizer: The 20th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
  • Place of Presentation: Dublin (Republic of Ireland)
  • Year and Date: 2016-10-09 – 2016-10-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 明暗条件がマウスの行動に及ぼす影響 (2016)
  • Author(s): 内藤佳津子、上條あけみ、岩尾佳代子、秦野伸二
  • Organizer: 第50回日本実験動物技術者協会総会
  • Place of Presentation: ウェスタ川越（埼玉県・川越市）
  • Year and Date: 2016-09-29 – 2016-10-01
• [Presentation] A novel teaching approach based on a DNA experiment lesson in high school biology laboratory class: Scientific inquiry by visualization of DNA sequence conservation and diversity and a developmental lesson to understand genetic diagnosis. (2016)
  • Author(s): Inoue, Y., Otomo, A., Takahashi, K., Moriya, H., Ohnuki, Y., Izumi, S., Miyachi, H., and Hadano, S.
  • Organizer: 2016 International Conference of East-Asian Association for Science Education (EASE2016 Tokyo)
  • Place of Presentation: 東京理科大学（東京都・新宿区）
  • Year and Date: 2016-08-26 – 2016-08-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Loss of SQSTM1/p62 but not NFE2L2/Nrf2 exacerbates motor neuron degeneration in a mutant SOD1-expressing mouse ALS model. (2016)
  • Author(s): Hadano, S., Mitsui, S., Otomo, A., Sato, K., Ono, S., Chen, X. P., Aoki, M., Warabi, E., Yamamoto, M., Ishii, T., Yanagawa, T., Shang, H. -F., and Yoshii, F.
  • Organizer: 15th Asian and Oceanian Congress of Neurology
  • Place of Presentation: Kuala Lumpur (Malaysia)
  • Year and Date: 2016-08-19 – 2016-08-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of axonal transport in cultured neurons from ALS model mouse by using the microfluidic cell culture system. (2016)
  • Author(s): Otomo, A., Araki, R., Yokoyama, S., Wada, J., Hadano, S., and Kimura, H.
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会（Neuroscience2016）
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Presentation] The novel ALS2-interacting small G protein Rab17 colocalizes with ALS2/Alsin in recycling endosomes. (2016)
  • Author(s): Ono, S., Otomo, A., Fukuda, M., and Hadano, S.
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会（Neuroscience2016）
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Presentation] Molecular pathogenesis of ALS: Dysregulation of membrane trafficking and proteostasis. (2016)
  • Author(s): Hadano, S.
  • Organizer: Annual conference 2016: Movement Disorders and Motor Neuron Disease, Society of Neurology in Sichuan Province
  • Place of Presentation: Chengdu (China)
  • Year and Date: 2016-06-25 – 2016-06-25
  • Int'l Joint Research / Invited