L、Dーセリン代謝連関システムによる神経機能制御の遺伝子改変マウス解析基盤形成

• Project/Area Number: 18300125
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Neurochemistry/Neuropharmacology
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 古屋 茂樹 Kyushu University, バイオアーキテクチャーセンター, 教授 (00222274)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥16,490,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000); Fiscal Year 2008: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2007: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2006: ¥7,000,000 (Direct Cost: ¥7,000,000)
• Keywords: アミノ酸 / 代謝疾患モデルマウス / セリン / グルタミン酸受容体 / D-アミノ酸 / ノックアウトマウス

Research Abstract

本研究課題は、セリン合成不全マウスを作出し、脳内在性L-セリン合成によるD-セリン代謝制御の特性付けからセリン代謝異常と高次神経機能の連鎖を理解するための解析プラットフォームの形成を目的としている。平成19年度にはアストロサイト特異的なPhgdh KOマウス(hGFA^<+/Cre>::Phgdh^<flox/flox>)の作成に成功した。Phgdhは解糖系中間体3-ホスホグリセリン酸から開始されるセリン生合成経路(リン酸化経路)の初発酵素である。アストロサイト特異的Phgdh KOマウス(以下CKOマウスと略す)は胎生致死を免れるが、成熟期脳内セリン含量が顕著に低下し,小頭症を呈す。本課題の目標達成に向けて3種の遺伝子改変マウスを作成したが、CKOマウスが最も適している事が判明した。平成20年度はCKOマウスを用いて前脳領域におけるD-セリン分析を中心に解析を行い以下の知見を得た。
1.CKOマウス大脳皮質ではL-セリン含量の低下に伴い、遊離D-セリン含量も正常対照(Phgdh^<flox/flox>の10%以下に激減していた。海馬についても同程度のD-セリン含量低下が認められた。
2.腹腔内へのL-セリン投与は皮質内のL-及びD-セリン含量を増加させたが、移行効率は著しく低かった。
3.L-セリンからD-セリンへの変換を触媒する酵素セリンラセマーゼ(Srr)のmRNA及び蛋白質含量を検討したが、ともに正常対照と同レベルであった。免疫組織化学的手法で皮質内分布を検討したが、CKO皮質においても正常対照同様に主に神経細胞に反応性が検出された。
以上の結果より、D-セリンがNMDAグタミン酸受容体のco-agonistとして作用する前脳領域では、リン酸化経路により脳内で内在的に合成されたL-セリンがD-セリンの主要前駆体であり、定常状態でのD-セリン含量は脳内L-セリン合成量によって調節されていることが明らかとなった。以上の成果は現在論文として投稿中である。CKOマウスD-セリン代謝異常の判明を受け、引続き現在、グルタミン酸受容体の発現と機能変化に着目して解析を進めている。

Research Products

• [Journal Article] Selective up-regulation of 3-phosphoglycerate dehydrogenase (Phgdh)expression in adult subventricular zone neurogenic niche. (2009)
  • Author(s): Kinoshita, O. M., et al
  • Journal Title: Neurosci. Lett. 453 Pages: 21-26
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impaired neurogenesis in the embryonic spinal cord of Phgdh knockout mouse, a serine deficiency disorder model. (2009)
  • Author(s): Kawakami, Y., et al
  • Journal Title: Neurosci. Res. 63 Pages: 184-193
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lipid rafts enriched in phosphatidylglucoside direct astroglial differentiation by regulating tyrosine kinase activity ofEGF receptors. (2009)
  • Author(s): Kinoshita, O. M. et, al
  • Journal Title: Biochem. J. 419 Pages: 565-575
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Roles ofL-serine and sphingolipid synthesis in brain development and neuronal survival. (2008)
  • Author(s): Hirabayashi, Y., Furuya, s.
  • Journal Title: Prog. Lipid Res. 47 Pages: 188-203
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An essential role for de novo synthesis of L-serine in CNS development. (2008)
  • Author(s): Furuya, S.
  • Journal Title: Asia Pac J Clin Nutr. 17(S1) Pages: 307-310
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inactivation of the 3-phosphoglycerate dehydrogenase gene in mice: Changes in gene expression and associated regulatory networks resulting from serine deficiency. (2008)
  • Author(s): Furuya, S., et. al.
  • Journal Title: Funct.Integr.Genomics 8(In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell specific expression of neutral glycosphingolipids in vertebrate brain: Immunochemical localization of 3-O-acetyl-sphingosine-series glycolipid(s) in myelin and oligodendrocytes. (2007)
  • Author(s): Dasgupta, S., et. al.
  • Journal Title: J.Neurosci.Res 85 Pages: 2856-2862
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 進化の視点からアミノ酸栄養を考える(論壇) (2007)
  • Author(s): 加藤 久典, ら
  • Journal Title: 日本栄養・食糧学会誌 60 Pages: 151-166
• [Journal Article] Stathmin, a microtubule destabilizer, mediates the development of dendritic arbors in neuronal cells. (2007)
  • Author(s): Ohkawa, N et al.
  • Journal Title: Journal of Cell Science (in press)
• [Journal Article] 進化の視点からアミノ酸栄養を考える (2007)
  • Author(s): 加藤, 久典ら
  • Journal Title: 日本栄養・食糧学会誌 60(印刷中)
• [Journal Article] セリン : 脳を育むアミノ酸 (2006)
  • Author(s): 古屋 茂樹
  • Journal Title: 必須アミノ酸研究(Report of the Research Committee of Essential Amino Acide) 177 Pages: 20-27
  • NAID: 40015192379
• [Journal Article] セリンは神経細胞の必須アミノ酸である (2006)
  • Author(s): 古屋 茂樹
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー 64 Pages: 27-29
  • NAID: 10017643327
• [Journal Article] ヒト遺伝性セリン合成不全疾患モデルマウスの網羅的遺伝子発現解析 (2006)
  • Author(s): 古屋 茂樹
  • Journal Title: 九州大学中央分析センター報告 24 Pages: 36-49
  • NAID: 40015347452
• [Journal Article] セリン合成不全による小頭症発症の分子機構 (2006)
  • Author(s): 古屋 茂樹
  • Journal Title: 豊田研究報告 59 Pages: 97-102
  • NAID: 40015231292
• [Presentation] セリンによる生体機能制御の分子機序 : 遺伝子改変マウスを用いた解析 (2009)
  • Author(s): 古屋茂樹
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会シンポジウム「動物アミノ酸代謝恒常性の制御機構を探る」
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2009-03-28
• [Presentation] 脳特異的Phgdhノックアウトマウス海馬の遺伝子発現解析 (2009)
  • Author(s): 和田晃ら
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2009-03-28
• [Presentation] 脳特異的Phgdh KOマウスのLC/MSによるメタボリックプロフアイリング (2009)
  • Author(s): 小木戸隆志ら
  • Organizer: 日本農芸化学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2009-03-28
• [Presentation] 脳の健康とアミノ酸栄養-ヒト遺伝子疾患とモデルマウスから学ぶ重要性 (2009)
  • Author(s): 古屋茂樹
  • Organizer: 第35回化学と生物シンポジウム
  • Place of Presentation: アクロス福岡国際会議場
  • Year and Date: 2009-03-26
• [Presentation] ミクロ2D-HPLCによるD-Ser、D-Ala及びGlyの精密同時分析法開発とセリン合成不全症における含量解析 (2008)
  • Author(s): 三次百合香ら
  • Organizer: 第25回日本薬学会九州支部会
  • Place of Presentation: 九州保健福祉大学
  • Year and Date: 2008-12-09
• [Presentation] 脳の健康とアミノ酸栄養 (2008)
  • Author(s): 古屋茂樹
  • Organizer: 平成20年度日本栄養・食糧学会九州・沖縄支部大会特別講演
  • Place of Presentation: 別府大学
  • Year and Date: 2008-11-01
• [Presentation] 脳特異的Phgdh KOマウスのタンパク質発現解析. (2008)
  • Author(s): 加藤紗耶香ら
  • Organizer: 第2回日本アミノ酸学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2008-10-03
• [Presentation] Generation of brain-specific conditional Phgdh knockout mouse : A human serinedeficiency model. (2008)
  • Author(s): 梁廷訓ら
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム
  • Year and Date: 2008-07-11
• [Presentation] 初めてのマイクロアレイ:代謝疾患モデルマウスへの適用例 (2008)
  • Author(s): 古屋 茂樹
  • Organizer: 第113回日本解剖学会総会全国学術集会、シンポジウム「形態学におけるBioinformaticsの利用法」
  • Place of Presentation: 大分大学
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] L-Serine revisited: What have mouse knockout model and human serine deficiency disorder taught us about L-Serine (2007)
  • Author(s): Furuya, S.
  • Organizer: ICoFF2007-International Conference on Food Factors for Health Promotion, Symposium: Functions of Amino Acids as Non-Nutrients
  • Place of Presentation: 京都国際会議場
  • Year and Date: 2007-11-29
• [Presentation] 脳特異的Phgdh KOマウスの作成、ヒトセリン疾患モデル (2007)
  • Author(s): 梁廷 訓, ら
  • Organizer: 第1回日本アミノ酸学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2007-11-22
• [Presentation] Phgdh KOマウスにおけるcap-依存的翻訳抑制因子の誘導 (2007)
  • Author(s): 川上 由里子, ら
  • Organizer: 第1回日本アミノ酸学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2007-11-22
• [Presentation] セリン合成酵素Phgdh KOマウスで発現誘導されるChac1遺伝子の特性解析 (2007)
  • Author(s): 高島 加菜, ら
  • Organizer: 第1回日本アミノ酸学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2007-11-22
• [Presentation] Generation and characterization of Phgdh knockout Mouse: A Serine Deficiency Model (2007)
  • Author(s): Furuya, S.
  • Organizer: 10^<th> Asian Congress of Nutrition (ACN2007), Symposium: New Frontier of Amino Acid Science
  • Place of Presentation: Taipei International Conventin Center
  • Year and Date: 2007-09-11
• [Book] 「アミノ酸の機能特性-ライフサイエンスにおける新しい波-第4章脳機能とセリン合成(pp135-169)」 (2007)
  • Author(s): 古屋 茂樹
  • Total Pages: 308
  • Publisher: 建帛社
• [Book] アミノ酸の機能特性-ライフサイエンスにおける新しい波(日本栄養・食糧学会監修)(矢ヶ崎一三, 門脇基二, 舛重正一, 横越英彦編集)(第4章脳機能とセリン合成) (2007)
  • Author(s): 古屋 茂樹
  • Total Pages: 308
  • Publisher: 建帛社
• [Book] DNAチップ活用テクノロジーと応用(III編 発現解析と機能解析,第1章モデル動物 4.マウス)(久原哲編) (2006)
  • Author(s): 古屋 茂樹, 吉田 一之, 平林 義雄
  • Total Pages: 214
  • Publisher: CMC出版
• [Remarks]
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K002756/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.brs.kyushu-u.ac.jp/~kinou/
• [Remarks]
  • URL: http://www.kbac.jp/furuya/
• [Remarks]
  • URL: http://www.kbac.jp/furuya/
• [Remarks]
  • URL: http://www.brs.kyushu-u.ac.jp/~kinou/