Establishment of nonhuman primate models for human psychiatric disorders without gene modification and elucidation of its brain dysfunction

• Project/Area Number: 19H01039
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 51:Brain sciences and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: NAKAMURA Katsuki 京都大学, ヒト行動進化研究センター, 教授 (70243110)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 浩介 新潟大学, 脳研究所, 准教授 (30345516)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥39,650,000 (Direct Cost: ¥30,500,000、Indirect Cost: ¥9,150,000); Fiscal Year 2023: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2022: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2021: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000); Fiscal Year 2020: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2019: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: サイトカイン / マーモセット / マカクザル / 精神疾患 / 脳機能

Outline of Research at the Start

統合失調症等の精神疾患は、遺伝子の連鎖解析から原因遺伝子は見つけられていない。一方、母体の炎症により発達障害や精神疾患の子どもが生まれる確率が高くなる。予備的研究から、炎症性サイトカイン暴露によってサルに社会行動異常や認知機能障害等の精神疾患様異常行動が誘発できた。本研究は、神経系の構造や機能が類似しているマカクザルやマーモセットを対象として、遺伝子改変を用いない炎症性サイトカイン暴露により、精神疾患モデルを作出すること、そして誘発される脳の構造や機能異常を神経科学的に解明し、精神疾患モデルを確立することを目的とする。

Outline of Final Research Achievements

Using marmoset monkeys, we were able to induce abnormal behaviors similar to symptoms of psychiatric disorders such as abnormal social behavior, abnormal prefrontal cortex function, abnormal eye contact, abnormal circadian rhythm, hyperactivity, and abnormal auditory response by exposure to inflammatory cytokines during the perinatal period without gene editing methods. These results suggest that this model is useful as a primate model of psychiatric disorders. Further studies are expected to establish this model as the world's first useful primate model of psychiatric disorders.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

統合失調症等の精神疾患は、その原因や治療法が不明である。遺伝子の連鎖解析によって同定されたどの遺伝子も統合失調症の原因遺伝子とはいえない。一方で、母体の炎症により発達障害や精神疾患の子どもが生まれる確率が高くなる。本研究では、ヒトを近縁とするマーモセットを対象として、炎症性サイトカイン暴露により、社会行動異常や前頭前野機能障害等の精神疾患症状を誘発することができた。炎症性サイトカインと精神疾患症状の関連を明らかにすることで精神疾患の理解や治療法の開発につながる。

Research Products

• [Journal Article] A novel “dip-in electrode” method for electrode application to record noninvasive scalp electroencephalograms and evoked potentials in an awake common marmoset (2022)
  • Author(s): Itoh Kosuke、Konoike Naho、Iwaoki Haruhiko、Igarashi Hironaka、Nakamura Katsuki
  • Journal Title: Neuroimage: Reports Volume: 2 Issue: 3 Pages: 100116-100116
  • DOI: 10.1016/j.ynirp.2022.100116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparison of non-invasive, scalp-recorded auditory steady-state responses in humans, rhesus monkeys, and common marmosets (2022)
  • Author(s): Konoike Naho、Iwaoki Haruhiko、Miwa Miki、Sakata Honami、Itoh Kosuke、Nakamura Katsuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 9210-9210
  • DOI: 10.1038/s41598-022-13228-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 音列の刺激間間隔を延ばすと聴性定常反応の同期が高まる－マーモセット、マカク、ヒトでの非侵襲脳波計測－ (2024)
  • Author(s): 鴻池菜保, 岩沖晴彦, 三輪美樹, 伊藤浩介, 中村克樹
  • Organizer: 第13回日本マーモセット研究会
• [Presentation] コモンマーモセットにおける同属他個体の鳴き声を聴いている間の事象関連パワースペクトルの減少 (2023)
  • Author(s): 鴻池菜保, 三輪美樹, 中村克樹
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
• [Presentation] ヒト脳進化により大脳新皮質の感覚処理にかかる時間は延長した：霊長類４種における無侵襲の聴覚誘発電位計測による検討 (2022)
  • Author(s): 伊藤 浩介, 鴻池 菜保, 禰占 雅史, 岩沖 晴彦, 五十嵐 博中, 平田 聡, 中村 克樹
  • Organizer: 第45回日本神経科学大会／第65回日本神経化学会大会／第32回日本神経回路学会大会
• [Presentation] 刺激間間隔が聴性定常反応の同期活動に与える影響 (2022)
  • Author(s): 鴻池 菜保, 岩沖 晴彦, 三輪 美樹, 伊藤 浩介, 中村 克樹
  • Organizer: 第45回日本神経科学大会／第65回日本神経化学会大会／第32回日本神経回路学会大会