Establishment and application of lentivector-based production of gene-rescue mouse for exploring gene functions

• Project/Area Number: 19670003
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Neurophysiology and muscle physiology
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: HIRAI Hirokazu Gunma University, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (70291086)
• Project Period (FY): 2007 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥103,480,000 (Direct Cost: ¥79,600,000、Indirect Cost: ¥23,880,000); Fiscal Year 2011: ¥20,410,000 (Direct Cost: ¥15,700,000、Indirect Cost: ¥4,710,000); Fiscal Year 2010: ¥20,280,000 (Direct Cost: ¥15,600,000、Indirect Cost: ¥4,680,000); Fiscal Year 2009: ¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000); Fiscal Year 2008: ¥19,630,000 (Direct Cost: ¥15,100,000、Indirect Cost: ¥4,530,000); Fiscal Year 2007: ¥23,010,000 (Direct Cost: ¥17,700,000、Indirect Cost: ¥5,310,000)
• Keywords: プルキンエ細胞 / 小脳 / レンチウイルス / 樹状突起 / 運動失調 / ニューロン / シナプス / 神経回路 / 神経発生 / 神経発達 / 神経再生 / Staggerer

Research Abstract

Staggererマウスの解析:Staggererマウスは、転写因子であるRORαのリガンド結合ドメインの欠損による転写障害が原因である。RORαは脳内ではプルキンエ細胞に豊富に発現している。Staggererマウスで見られるRORαの転写障害は、遺伝性脊髄小脳変性症1型(SCA1)と共通していることが報告されているため、Staggererマウスの小脳異常をスライスパッチクランプ法で解析し、SCA1の病態理解を深めることを目的とした。Staggererマウスのプルキンエ細胞ではmGluR1を介する遅いEPSC及び、mGluR1を介するシナプス前抑制が全く観察されなかった。
変異ataxin-1発現プルキンエ細胞の解析:レンチウイルスベクターを用いて変異ataxin-1を野生型マウスの小脳プルキンエ細胞に発現させた。その結果、プルキンエ細胞の形態、早いシナプス伝達、短期シナプス可塑性に異常は見られなかったが、mGluR1を介する遅いEPSC振幅の有意な減弱が観察された。さらにシナプス可塑性(LTD誘導)の障害も見られた。以上より、SCA1プルキンエ細胞では形態的及び通常のシナプス伝達に障害が見られる前に、mGluR1機能が障害され、これにより小脳失調を引き起こす可能性が考えられた。
INPP4A欠損マウスの線条体神経細胞死のレスキュー:脱リン酸化酵素INPP4Aを欠損するマウスは、線条体ニューロンが神経細胞死を起こして脱落する。そこでレンチウイルスベクターを用いてINPP4A遺伝子を線条体ニューロンに供給し、神経細胞死を防ぐことを目的とした。生後2日のINPP4A欠損マウスの線条体に、INPP4A発現レンチウイルスベクターを接種し、3週間後に観察したところ、ウイルス感染細胞において神経細胞死がほぼ完全に抑制されていた。

Research Products

• [Journal Article] High Transgene Expression by Lentiviral Vectors Causes Maldevelopment of Purkinje Cells In Vivo. (2010)
  • Author(s): Sawada Y, Kajiwara G, Iizuka A, Takayama K, Shuvaev AN, Koyama C, Hirai H.
  • Journal Title: The Cerebellum Volume: 9 Pages: 291-302
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Ptdlns (3,4) P (2) phosphatase INPP4A is a suppressor of excitotoxic neuronal death. (2010)
  • Author(s): Sasaki J, Kofuji S, Itoh R, Momiyama T, Takavama K, Murakami H, Chida S, Tsuya Y, Takasuga Eguchi S, Asanuma K, Horie Y, Miura K, Davies EM, Mitchell C, Yamazaki M, Hirai H, Takenaa T, Suzuki A, Sasaki T.
  • Journal Title: Nature Volume: 465 Pages: 497-501
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High Transgene expression by lentiviral vectors causes maldevelopment of Purkinje cells in vivo (2010)
  • Author(s): Sawada Y, Kajiwara G, Iizuka A, Takayama K, Shuvaev AN, Koyama C, Hirai H
  • Journal Title: Cerebellum (in press)
• [Journal Article] High transgene expression by lentiviral vectors causes maldevelopment of Purkinje cells in vivo. (2010)
  • Author(s): Sawada Y, Kajiwara G, Iizuka A, Takayama K, Shuvaev A, Koyama C, Hirai H
  • Journal Title: The Cerebellum (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lentiviral-vector-mediated rescue of motor behavior in spontaneously occurring hereditary ataxic mice (2009)
  • Author(s): Iizuka A, Takayama K, Torashima T, Yamasaki M, Koyama C, Mitsumura K, Watanabe M, Hirai H
  • Journal Title: Neurobiol Disease 35 (3) Pages: 457-65
• [Journal Article] Rescue of abnormal phenotypes in delta2 glutamate receptor-deficient mice by the extracellular N-terminal and intracellular C-terminal domains of the delta2 glutamate receptor. (2009)
  • Author(s): Iizuka A, Takayama K, Torashima T, Yamasaki M, Koyama C, Mitsumura K, Watanabe M, Hirai H., akayama K, Torashima T, Horiuchi H, Hirai H
  • Journal Title: Neurobiology of Disease 35 Pages: 457-465
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rescue of abnormal phenotypes in delta2 glutamate receptor-deficient mice by the extracellular N-terminal and intracellular C-terminal domains of the delta2 glutamate receptor. (2009)
  • Author(s): Torashima T, Iizuka A, Horiuchi H, Mitsumura K, Yamasaki M, Koyama C, Takayama K, Iino M, Watanabe M, Hirai H
  • Journal Title: European Journal of Neuroscience 30 Pages: 355-365
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ウイルスベクターを用いた成熟マウス小脳皮質への遺伝子導入法 (2009)
  • Author(s): 平井宏和
  • Journal Title: 実験医学 27 Pages: 499-506
• [Journal Article] Characterization of mutant mice that express polyglutamine in cerebellar Purkinje cells. (2009)
  • Author(s): One M, Mitsumura K, Toreshima T, Koyama C, Yamaguchi H, Furuya N, Hirai H
  • Journal Title: Brain Research 1255 Pages: 9-17
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lentivector-mediated rescue from cerebellar ataxia in a mouse model of spinocerebellar ataxia (2008)
  • Author(s): Torashima T, Koyama C, Iizuka A, Mitsumura K, Takayama K, Yanagi S, Oue M, Yamaguchi H, Hirai H
  • Journal Title: EMBO Rep 9 (4) Pages: 393-9
• [Journal Article] Purkinje-ce11-preferential tranduction by lentiviral vectors with the murine stem cell virus promoter. (2008)
  • Author(s): Takayama K, Tofashima T, Horiuchi H, Hirai H
  • Journal Title: Neuroscience Letters 443 Pages: 7-11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Progress in transduction of cerebellar Purkinje, cells in vivo using viral vectors. (2008)
  • Author(s): Hirai H
  • Journal Title: Cerebellum 7 Pages: 273-278
  • NAID: 120000807297
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The scaffold protein JSAP1 regulates proliferation and differentiation of cerebellar granule cell precursors by modulating JNK signaling. (2008)
  • Author(s): Sato T, Torashima T, Sugihara K, Hrai H, Asano M, Yoshioka K
  • Journal Title: Molecular & Cellular Neuroscience 39 Pages: 569-578
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inhibitory effects of the entiepileptic drug ethostiximide on G protein-activated inwardly rectifying K+channels. (2008)
  • Author(s): Kobayashi T, Hirai H, Iino M, Fuse I, Mitstimura K, Washiyama K, Kasai S, Ikeda K
  • Journal Title: Neurepharmacology 56 Pages: 499-506
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Potential usefulness of D2R reporter gene imaging by IBF as gene therapy monitoring for cerebellar neurodegene rative diseases. (2008)
  • Author(s): Shiba K, Torashima T, Hirai H, Ogawa K, Akhter N , Makajima K, Kinuya S, Mori H
  • Journal Title: Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism 29 Pages: 434-440
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lentivector-mediated rescue from cerebellar ataxia in a mouse model of spinocerebellar ataxia (2008)
  • Author(s): Torashima T, Koyama C, Iizuka A, Mitsumura K, Takayama K, Yanagi S, Oue M, Yamaguchi H, Hirai H
  • Journal Title: EMBO Reports
  • Peer Reviewed
• [Presentation] レンチ宅イルスベクターを利用した神経細胞への遺伝子導入で何ができるのか? (2011)
  • Author(s): 平井宏和
  • Organizer: 第88回日本生理学会大会第116回日本解剖学会総会・全国学術集会合同大会
  • Place of Presentation: 横浜(中止により紙上発表のみ)
  • Year and Date: 2011-03-28
• [Presentation] レンチウイルスベクターを用いた小脳の発達・再生研究 (2010)
  • Author(s): 平井宏和、澤田悠輔、梶原剛
  • Organizer: 第33回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2010-09-02
• [Presentation] A PKCγ mutation in spinocerebellar ataxia type 14 impairs PKC functions in a dominant-negative manner in cerebellar Purkinje cells in vivo (2010)
  • Author(s): Anton Shuvaev, Tomohiko Irie, Hajime Horiuchi, Akira Iiduka, Masae lino, Takahiro Seki, Norio Sakai, Hirokazu Hirai
  • Organizer: 第87回日本生理学会
  • Place of Presentation: 盛岡
  • Year and Date: 2010-05-20
• [Presentation] Lentiviral vector-mediated rescue of cerebellar ataxia in a mouse model of spinocerebellar ataxia (2009)
  • Author(s): 平井宏和
  • Organizer: Annual Meeting of Chinese Medical Association
  • Place of Presentation: Taipei Veterans General Hospital, Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2009-11-01
• [Presentation] Lentivector-mediated rescue from cerebellar ataxia in a mouse model of spinocerebellar ataxia (2009)
  • Author(s): 平井宏和
  • Organizer: 5th International Symposium on Genomic Medicine of CCH
  • Place of Presentation: Changhua Christian Hospital, Taichung, Taiwan
  • Year and Date: 2009-10-31
• [Presentation] レンチウイルスベクターを用いた遺伝性運動失調マウスの機能回復 (2009)
  • Author(s): 飯塚朗, 寅嶋崇, 三ツ村一浩, 小山知穂, 飯野昌枝, 平井宏和
  • Organizer: 第32回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(名古屋)
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] 機能ドメインを土台としたδ2グルタミン酸受容体研究の進展 (2009)
  • Author(s): 平井宏和, 寅嶋崇, 飯塚朗
  • Organizer: 第32回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(名古屋)
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] A PKCγ mutations in spinocerebellar ataxia type 14 impairs PKC functions in cerebellar Purkinje cells in vivo (2009)
  • Author(s): Shuvaev NA, Sakai N, Seki T, Iino M, Horiuchi H, Hirai H.
  • Organizer: The 36th International Congress of Physiological Sciences
  • Place of Presentation: 京都国際会議場 (Kyoto)
  • Year and Date: 2009-07-28
• [Presentation] Rescue of abnormal phenotypes in σ2 glutamate-receptor-null mice by the extracellular N-terminal domain. (2009)
  • Author(s): Torashima T, 飯塚朗, 堀内始, 三ツ村一浩, Yamazaki M, 小山知穂, 高山清彦, 飯野昌枝, Watanabe M, 平井宏和
  • Organizer: 第36回国際生理学会世界大会
  • Place of Presentation: 京都国際会議場(京都)
  • Year and Date: 2009-07-28
• [Presentation] A PKC γ mutations in spinocerebellar ataxia type 14 impairs PKCfunctions in cerebellar Purkinje cells in vivo (2009)
  • Author(s): Shuvaev NA, Hirai H, Sakai N, Seki T, Iino M, Horiuchi H
  • Organizer: 第36回国際生理学会世界大会
  • Place of Presentation: 京都国際会議場(京都)
  • Year and Date: 2009-07-28
• [Presentation] 高力価レンチウイルスベクターの感染が小脳プルキンエ細胞の発達におよぼす影響の検討 (2009)
  • Author(s): 澤田悠輔, 梶原剛, 寅嶋崇, 高山清彦, 堀内始, 飯塚朗, 三ツ村一浩, 平井宏和
  • Organizer: 第32回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(名古屋)
  • Year and Date: 2009-06-16
• [Presentation] Purkinje-cell-selective transduction by the MSCV promoter incorporated in lentiviral vectors (2008)
  • Author(s): Takayama K, Torashima T, Horiuchi H, Hirai H.
  • Organizer: Neuroscience 2008
  • Place of Presentation: Convention Center, Washington DC
  • Year and Date: 2008-11-19
• [Presentation] Purkinje-cell-selective transduction by the MSCV promoter incorporated in lentiviral vectors (2008)
  • Author(s): KIYOHIKO TAKAYAMA, TAKASHI TORASHIMA, HAJIME HORIUCHI, HIROKAZU HIRAI
  • Organizer: 北米神経科学学会
  • Place of Presentation: Washington DC
  • Year and Date: 2008-11-19
• [Presentation] レンチウイルスベクターを用いた神経科学研究と遺伝子治療 (2008)
  • Author(s): 平井宏和
  • Organizer: 「生体調節シグナルの統合的研究」第3回合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 秋田
  • Year and Date: 2008-10-17
• [Presentation] レンチウイルスベクターの作製方法とその応用 (2008)
  • Author(s): 平井宏和
  • Organizer: 第33回組織細胞化学講習会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2008-08-06
• [Presentation] レンチウィルスベクターを用いたプルキン午細胞選択的なGFP発現 (2008)
  • Author(s): 高中清彦、寅嶋崇、堀内始、平井宏和
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-07-11
• [Presentation] レγチウイルスベクターの進歩-中枢神経系の病態生理解明と脳神経疾患の遺伝子治療への応用- (2008)
  • Author(s): 平井宏和
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会(シンポジウム)
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-07-09
• [Presentation] レンチウイルスベクターを用いたδ2グルタミン酸受容体欠損マウスのレスキュー-アミノ酸リガンド結合部位及びチャネルポアが欠損しても機能は障害されない- (2008)
  • Author(s): 飯塚 朗, 三ツ村 一浩, 小山 知穂, 寅嶋 崇, 飯野 昌枝, 平井 宏和
  • Organizer: 第85回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-03-26
• [Presentation] In vivo幼若ラット小脳皮質神経細胞へのレンチウイルスベクターを用いた遺伝子導入 (2008)
  • Author(s): 梶 原剛, 澤田 悠輔, 寅嶋 崇, 高山 清彦, 堀内 始, 飯塚 朗, 三ツ村 一浩, 飯野 昌枝, 小山 知穂, 平井 宏和
  • Organizer: 第85回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-03-26
• [Presentation] レンチウイルスベクターを用いたCRAG発現による脊髄小脳変性症モデルマウスのシナプス伝達及び可塑性の回復 (2008)
  • Author(s): 三ツ村 一浩, 飯野 昌枝, 飯塚 朗, 寅嶋 崇, 小山 知穂, 高山 清彦, 堀内 始, 平井 宏和
  • Organizer: 第85回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-03-26
• [Remarks]
  • URL: http://synapse.dept.med.gunma-u.ac.jp/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://synapse.dept.med.gunma-u.ac.jp/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://synapse.dept.med.gunma-u.ac.jp/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 目的遺伝子を脳で小脳プルキンエ細胞、脳幹および嗅球特異的に過剰発現するトランスジェニック非ヒト哺乳動物 (2010)
  • Inventor(s): 平井宏和
  • Industrial Property Rights Holder: 群馬大学
  • Industrial Property Number: 2010-129021
  • Filing Date: 2010-06-04