Elucidation of intracellular aggregation mechanism of ALS-causing protein and development of aggregation inhibitor

筋萎縮性側索硬化症(ALS)を含む神経変性疾患では、タンパク質の凝集が神経細胞死を引き起こすと考えられているが、その分子機序は不明である。Cu/Zn-スーパーオキシドディスムターゼ（SOD1）はALS原因タンパク質の一つで、その変異体は凝集しやすいことが報告されている。しかし、細胞内でのSOD1凝集体は小さくて観察しにくい欠点があった。また、細胞内凝集とSOD1タンパク質のアミロイド化との関係も未解明であった。本研究は、申請者が考案した「変異SOD1の細胞内凝集を容易に検出する発現系」を用いて「細胞内凝集に必要な最小SOD1コア配列やアミノ酸残基を決定することで凝集機構を解明し、その凝集を阻害する物質を探索すること」を目的としている。その成果は、ALSを含む神経変性疾患の発症機構解明や治療薬の開発につながると期待される。2022年度の研究では、当該発現系を用いるとALS変異SOD1は野生型SOD1と比べ細胞内で大きな凝集体を形成し、その凝集体の数が著しく増加することを見出した。さらに、SOD1配列のC末端側を30アミノ酸ずつ順次欠損させたdeletion-SOD1ペプチドを発現させることで、細胞内凝集に必要なN末端側の最小配列とアミノ酸残基を特定することができた。このアミノ酸残基を他のアミノ酸に置換すると、ALS変異SOD1の細胞内凝集が有意に低下することがわかった。つまり、当該発現系を用いると、たった１個のアミノ酸置換でも凝集体形成を左右し、凝集体の有無を検出することができるため、凝集体形成機構の解明に寄与できる可能性があると考えている。

筋萎縮性側索硬化症(ALS)を含む神経変性疾患では、タンパク質の凝集が神経細胞死を引き起こすと考えられているが、その分子機序は不明である。Cu/Zn-スーパーオキシドディスムターゼ（SOD1）はALS原因タンパク質の一つで、その変異体は凝集しやすいことが報告されている。しかし、細胞内でのSOD1凝集体は小さくて観察しにくい欠点があった。また、細胞内凝集とSOD1タンパク質のアミロイド化との関係も未解明であった。本研究は、申請者が考案した「変異SOD1の細胞内凝集を容易に検出する発現系」を用いて「細胞内凝集に必要な最小SOD1コア配列やアミノ酸残基を決定することで凝集機構を解明し、その凝集を阻害する物質を探索すること」を目的としている。その成果は、ALSを含む神経変性疾患の発症機構解明や治療薬の開発につながると期待される。2022年度の研究では、当該発現系を用いるとALS変異SOD1は野生型SOD1と比べ細胞内で大きな凝集体を形成し、その凝集体の数が著しく増加することを見出した。さらに、SOD1配列のC末端側を30アミノ酸ずつ順次欠損させたdeletion-SOD1ペプチドを発現させることで、細胞内凝集に必要なN末端側の最小配列とアミノ酸残基を特定することができた。このアミノ酸残基を他のアミノ酸に置換すると、ALS変異SOD1の細胞内凝集が有意に低下することがわかった。つまり、当該発現系を用いると、たった１個のアミノ酸置換でも凝集体形成を左右し、凝集体の有無を検出することができるため、凝集体形成機構の解明に寄与できる可能性があると考えている。