Molecular basis underlying regulation of synapse-related protein expression and higher brain functions by maternal protein nutrition.

• Project/Area Number: 18H02158
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38050:Food sciences-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Furuya Shigeki 九州大学, 農学研究院, 教授 (00222274)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2018: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 発達期 / タンパク質栄養 / 精神疾患 / 統合失調症 / 遺伝子発現 / miRNA / RNA-seq / 子宮内発達不全 / 脳機能 / モノアミン / セロトニン / 神経機能関連分子 / たんぱく質栄養 / シナプス関連分子 / タンパク質 / 栄養制限 / 脳形成

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to reveal the effects of maternal protein restriction on mature brain function of F1 generation in terms of behavioral and molecular levels. In behavior, sensory information processing function was significantly affected in the female-restricted group-specific manner. Alterations in miRNA and mRNA expressions in the cerebral cortex was accompanied with the behavioral deficit in the female-restricted group. Bioinformatics analysis detected significant enrichments of the altered RNAs in biological processes involved in behavioral changes. Changes in the expression of synapse-related molecules such as neurotransmitter receptors and in hormone signaling pathways were also detected in the female-restricted group. These results indicate that maternal protein restriction during early developmental periods leads to behavioral deficits and accompanying molecular changes in adult stages.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、発達期タンパク質栄養制限（対照の半量）により、成熟期の感覚情報フィルター機能が雌性特異的に損なわれ、遺伝子発現変化も導くことを明らかにした。感覚情報フィルター機能障害は、統合失調症のエンドフェノタイプである。本実験では離乳後両群共に約25％タンパク質を含む同一の餌を給餌しており、さらに全期間通じ摂食量は制限していない。しかし、母体栄養に依存する期間においてのみのタンパク質制限だけでも、子宮内発達不全を誘発し、成熟期の精神疾患発症リスクを高める可能性があることを示している。すなわち巷で言われる「小さく生んで大きく育てる」は精神疾患発症の環境要因となる誤った言説であり注意が必要である。

Research Products

• [Presentation] 発達期タンパク質栄養制限は成熟期脳内セロトニン代謝と 受容体遺伝子の発現を変化させる (2022)
  • Author(s): 高鍋莉紗子、古屋裕美、椛島奈津美、北野楽、古屋茂樹
  • Organizer: 第59回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] RNA-Seq解析から同定された発達期タンパク質栄養制限による 脳内オキシトシンシグナルの調節不全 (2022)
  • Author(s): 中島夢人、北野楽、椛島奈津美、古屋裕美、高鍋莉紗子、古屋茂樹
  • Organizer: 第59回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] 発達期タンパク質制限は成熟期の行動異常と脳内モノアミン神経伝達システム異常を誘発する. (2020)
  • Author(s): 椛島 奈津美、古屋 裕美、北野 楽、古屋 茂樹
  • Organizer: 2020年度日本フードファクター学会・日本農芸化学会西日本支部合同大会
• [Presentation] 発達期タンパク質栄養制限による成熟期脳内神経伝達機能異常. (2020)
  • Author(s): 北野楽, 椛島奈津美, 渡邊貴美, 最上侑佑盛, 日比亜佑実，古屋茂樹
  • Organizer: 第74回日本栄養・食糧学会大会
• [Presentation] 齧歯類の標準飼料は脳の神経伝達物質代謝、遺伝子発現、行動に異なる影響を及ぼす. (2020)
  • Author(s): 山本咲希、松元沙樹、古屋茂樹
  • Organizer: 第74回日本栄養・食糧学会大会
• [Presentation] 齧歯類の標準飼料は脳の神経伝達物質代謝、遺伝子発現、行動に異なる影響を及ぼす. (2020)
  • Author(s): 山本咲希、松元沙樹、古屋茂樹
  • Organizer: 日本栄養・食糧学会オンライン大会
• [Presentation] 発達期におけるタンパク質栄養制限は成熟期脳内神経伝達シグナル系の発現・機能異常を惹起する (2020)
  • Author(s): 北野楽, 椛島奈津美, 渡邊貴美, 最上侑佑盛, 日比亜佑実，古屋茂樹
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
• [Presentation] 発達期タンパク質栄養制限による成熟期脳内神経伝達機能異常 (2020)
  • Author(s): 北野楽, 椛島奈津美, 渡邊貴美, 最上侑佑盛, 日比亜佑実，古屋茂樹
  • Organizer: 第74回日本栄養・食糧学会大会
• [Presentation] 発達期低タンパク質栄養による次世代成熟期脳内神経伝達物質代謝異常 (2018)
  • Author(s): 北野 楽，名井 典乃子，日比 亜佑実，最上 侑佑盛，古屋 茂樹
  • Organizer: 日本アミノ酸学会第12回学術大会
• [Presentation] 発達期低タンパク質栄養による次世代成熟期神経伝達物質代謝およびシグナル伝達の異常 (2018)
  • Author(s): 北野 楽，名井 典乃子，日比 亜佑実，最上 侑佑盛，古屋 茂樹
  • Organizer: 日本農芸化学会 2018 年度西日本支部大会
• [Presentation] 発達期低タンパク質栄養は次世代成熟期脳神経系における神経伝達物質代謝とそのシグナル伝達の異常を惹起する (2018)
  • Author(s): 北野 楽，名井 典乃子，日比 亜佑実，最上 侑佑盛，古屋 茂樹
  • Organizer: 第55回化学関連支部合同九州大会
• [Remarks] 九州大学農学部 生物機能デザイ研究室
  • URL: http://www.brs.kyushu-u.ac.jp/~kinou/