초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구자는 여러 ALS 연관 RNA 결합 단백질이 신경 세포 사멸을 일으키는 기작을 비교적 간단한 초파리 모델을 이용해서 밝혀 내고, 이렇게 밝혀진 기작을 확보 가능한 신경 퇴행성 질환 세포주 모델을 이용해서 검증한 후, 궁극적으로는 실제 환자에서 이러한 기작이 실제로 질병에 관여하는 것을 밝히는 것을 목표로 다음과 같은 세부 목표를 설정하였음.
- 목표1. TDP-43와 Ataxin2 (ATXN2)이 신경 세포 사멸을 유도하는 기작 연구.
- 목표2. FUS와 TAF15이 유도하는 신경 세포

연구의 목적 및 내용
본 연구자는 여러 ALS 연관 RNA 결합 단백질이 신경 세포 사멸을 일으키는 기작을 비교적 간단한 초파리 모델을 이용해서 밝혀 내고, 이렇게 밝혀진 기작을 확보 가능한 신경 퇴행성 질환 세포주 모델을 이용해서 검증한 후, 궁극적으로는 실제 환자에서 이러한 기작이 실제로 질병에 관여하는 것을 밝히는 것을 목표로 다음과 같은 세부 목표를 설정하였음.
- 목표1. TDP-43와 Ataxin2 (ATXN2)이 신경 세포 사멸을 유도하는 기작 연구.
- 목표2. FUS와 TAF15이 유도하는 신경 세포 사멸 기작과 TDP-43의 신경 세포 사멸 기작의 유사점을 탐구.
- 목표3. ALS 외의 신경 퇴행성 질환에서 TDP-43, ATXN2의 역할 탐구.
이러한 목표를 달성하기 위하여 초파리에서 TDP—43/ATXN2를 동시에 발현시키는 모델에서 Protein Quality Control sytem (PQC)의 활성을 측정하여 PQC가 해당 모델에서 어떻게 변화하는 가를 확인할 계획임.

연구결과
UPS의 활성을 즉정하는 reporter와 poly-ubiquitinated protein의 level을 측정한 결과 인간 ALS의 초파리 모델 중 하나인 TDP-43/ATXN2의 공동 발현 모델에서 UPS 활성의 저하를 가져온다는 것을 확인하였음. PQC 의 다른 한 축인 Autophagy-lysosome pathway는 해당 조건에서 오히려 활성화 되었는데 이는 UPS 저해시에 일반적으로 나타나는 현상임. 이전 연구를 통해 TDP - 43/ATXN2의 신경계에서 발현은 초파리에서 심각한 운동성 감소를 유발한다는 것이 알려졌는데, UPS 독성의 억제인자로 알려진 HDAC6 는 이러한 운동성 감소와 ubiquitinated protein의 죽적을 크게 감소 시켰음. 이는 UPS 억제가 TDP-43/ATXN2가 유도하는 신경 독성의 주요 기전임을 의미. 인간 신경 세포주에 서 UPS 억제제인 MG132를 이용한 연구를 통해, 한 kinase의 억제제가 UPS 억제에 의한 신경 독성을 경감시킨다는 것을 발견하였고，해당 kinase의 초파리 유사체를 RNAi 기법으로 억제한 결과 TDP-43/ATXN2의 독성이 경감됨을 확인하였음 인간 신경 세포주 에서 TDP-43를 과발현 시킨 모델에서도 해당 kinase의 저하가 같은 효과를 가져왔음.
TDP-43와 유사한 FUS, TAF15의 초파리 과 발현 모델에서도 비슷한 연구를 수행한 결과 일부 독성 기작을 공유하지만, 차이점도 있다는 것을 확인하였음. 알츠하이머병의 초파리 모델인 Tau 과 발현 모델에서도 UPS 활성 저하를 확인하였고, 위에서 발굴한 kinase의 저하가 ALS 모델과 유사하게 Tau 독성을 억제하였음.

연구결과의 활용계획
-본 연구 과제를 기반으로 한 ALS 질환의 진단 및 치료제 개발이 성공한다면 매우 파괴적으로 개인과 그 가족의 삶을 위협하는 ALS의 특성상 국가 전체의 복지 수준 향상과 건강보험 재정 절감 효과가 나타날 것임.
-본 연구를 통하여 새로운 kinase를 발굴하였지만, 이 kinase가 어떤 분자적인 기전을 통하여 UPS억제 독성을 조절하는 가는 밝혀지지 않았음. 향후에는 이 kinase가 인산화를 조절하는 타겟들 중에 PQC와 관련 있는 타겟들을 선정하고, 이들이 UPS억제 상황에서 어떻게 변화하는 가를 연구할 계획임.

Abstract ▼

Purpose&contents
Using powerful fly genetics, we will provide greater insight into the role of RNA binding protein in human neurodegeneration. We will also extend these studies to mammalian cell model and human patients. Thus, we propose the following specific aims.
-Aiml: Defining pathways of

Purpose&contents
Using powerful fly genetics, we will provide greater insight into the role of RNA binding protein in human neurodegeneration. We will also extend these studies to mammalian cell model and human patients. Thus, we propose the following specific aims.
-Aiml: Defining pathways of TDP-43/Ataxin2 toxicity
-Aim2: Comparing neuronal toxicity mechanisms of FUS (or TAF15) to those of TDP-43
-Aim3: Elucidation of the role of TDP-43/ Ataxin2 in non-ALS neurodegenerative diseases.
At first, we will analyze PQC activity in fly ALS model (TDP-43/ATXN2 co-exptession model) using UPS and ALP reporter.

Result
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a devastating human neurodegenerative disease with no effective treatment. Here we identified new kinase to be associated with neuronal toxicity caused by ubiquitin proteasome system (UPS) impairment in ALS. We found that over-expression of TDP-43 as well as co-expression of TDP-43 with ALS-linked Ataxin-2 (ATXN2) led to UPS impairment, which can be mitigated by HDAC6 over-expression. In addition, through an inhibitor screening of kinases that were up-regulated in SOD1 ALS model, we identified the kinase as a novel modifier of neuronal toxicity caused by UPS impairment. Indeed, inhibition of UPS or over-expression of TDP-43 increased the phosphorylation of this kinase that is critical for the activation of target pathway Furthermore, we showed that the kinase down-regulation mitigated the neuronal cell death induced by UPS impairment in cultured neuronal cells as well as locomotive defects in fly models of TDP-43-related ALS. Taken together, these findings suggest that the kinase down-regulation that mitigates neuronal toxicity caused by UPS impairment may represent a novel therapeutic approach for ALS.
We also found that FUS and TAF15 induce neurotoxicity is close related to TDP-43 mediated neurodegenerative mechanisms. However, there are also some differences between TDP-43 and FUS/TAF15.
Furthermore, we showed that Tau over-expression in fly nervous system inhibits UPS activity. Inihibition of target kinase also suppressed Tau — induced neuronal toxicity in Drosophila.

Expected Contribution
The result of this research project suggests that the signaling molecules associated with UPS impairment induced cell death could be a promising treatment target for ALS and other TDP —43 proteinopathies.
We still need to elucidate the molecular mechanisms of target kinase such as substrate in UPb impairment condition.

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3요약문 ... 4SUMMARY ... 51. 연구개발과제의 개요 ... 6 1)추진 배경 ... 6 2)연구의 필요성 및 목적 ... 72. 국내외 기술개발 현황 ... 73. 연구수행 내용 및 결과 ... 8 1) 연구범위 및 연구수행 방법 ... 8 2) 연구수행 결과 ... 94. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 15 1) 관련분야에의 기여도 ... 15 2) 각 세부 목표에 대한 달성도 ... 155. 연구결과의 활용계획 ... 16 1) 학문적·기술적 측면 ... 16 2) 경제·산업적 측면 ... 16 3) 향후 연구 계획 ... 166. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 177. 참고문헌 ... 188. 연구성과 ... 199. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 2110. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 2111. 기타사항 ... 22끝페이지 ... 22