ショウジョウバエのFUSとAubが神経障害におけるpiRNAの生合成に果たす新たな役割

Novel roles of Drosophila FUS and Aub responsible for piRNA biogenesis in neuronal disorders.

• Keiko Tsuji Wakisaka
• Ryo Tanaka
• Tomoki Hirashima
• Yuuka Muraoka
• Yumiko Azuma
• Hideki Yoshida
• Takahiko Tokuda
• Satoshi Asada
• Kojiro Suda
• Kenji Ichiyanagi
• Seiko Ohno
• Masanobu Itoh
• Masamitsu Yamaguchi

抄録

πRNA（小さなノンコーディングRNA）は、生殖細胞に限定されていると考えられていました。近年、神経細胞を含む体細胞でもpiRNAが検出されるようになってきたが、神経疾患におけるpiRNAの生合成がどのように関与しているのかは不明である。本研究では、カベザ（Caz）をノックダウンしたショウジョウバエを用いて、piRNAの生合成に関与するPiwiファミリータンパク質（PIWI）であるアウベルギン（Aub）が神経疾患にどのような役割を果たしているのかを検討した。Cazは、筋萎縮性側索硬化症（ALS）を引き起こす遺伝子の一つであるFUSのショウジョウバエホモログである。Caz の神経細胞特異的ノックダウンにより、Aub の過剰発現により、神経筋接合部の運動ニューロンの解剖学的欠陥を伴う運動障害が増強された。その結果、Cazのノックダウンはpre-piRNA量を増加させるが、成熟サイズのpiRNA量は減少することが明らかになり、pre-piRNAの産生に関与していることが示唆された。Aubの過剰発現は成熟サイズpiRNAレベルを増加させなかった。これらの結果から、蓄積されたpre-piRNAは、Aubを含むスライサーではそれ以上の処理ができない異常な頓挫したpre-piRNAであることが示唆された。また、RNA免疫沈降法により、Cazと中枢神経系におけるpre-piRNAとの関係を示した。また、Aubを過剰発現させるとCazの細胞質局在が異常に変化することを明らかにしました。これらの結果から、Cazのノックダウンにより異常なpre-piRNAがCazと結合し、細胞質に移動して蓄積するモデルを提案した。本研究では、Cazノックダウンハエを用いてCazとAubの新たな役割を明らかにし、ALSの病態解明に貢献することが期待される。

piRNAs, small non-coding RNAs, were considered to be restricted to germline cells. Although they have recently been detected in somatic cells including neurons, it remains unclear how piRNA biogenesis is involved in neuronal diseases. We herein examined the possible roles of Aubergine (Aub), a Piwi-family protein (PIWI) responsible for piRNA biogenesis, in the neuronal disorders, using the Cabeza (Caz) knockdown Drosophila. Caz is a Drosophila homologue of FUS, which is one of the genes causing amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Aub overexpression enhanced the mobility defects accompanied by anatomical defects in motoneurons at neuromuscular junctions induced by the neuron-specific knockdown of Caz. In order to elucidate the underlying mechanisms, we examined pre-piRNA and mature-size piRNA levels under these conditions. qRT-PCR and RNA-seq analyses revealed that the Caz knockdown increased pre-piRNA levels, but reduced mature-size piRNA levels in the central nervous system (CNS), suggesting a role in the pre-piRNAs production. Aub overexpression did not increase mature-size piRNA levels. These results suggest that the accumulated pre-piRNAs are abnormal abortive pre-piRNAs that cannot be further processed by slicers, including Aub. We also demonstrated a relationship between Caz and pre-piRNAs in the CNS by RNA immunoprecipitation. Aub overexpression induced the abnormal cytoplasmic localization of Caz. Based on these results, we propose a model in which Caz knockdown-induced abnormal pre-piRNAs associate with Caz, then translocate and accumulate in the cytoplasm, a process that may be mediated by Aub. The novel roles for Caz and Aub demonstrated herein using the Caz-knockdown fly will contribute to a deeper understanding of the pathogenesis of ALS.

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