神経細胞におけるクラスII ARFの膜輸送機構の解明

• Project/Area Number: 19K06900
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 定方 哲史 群馬大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (90391961)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: PHYHIPL / Synaptotagmin I / Semaphorin 4C / SNP / cerebellum / 本態性振戦 / ARF4 / ARF5 / ARF / Nav1.6 / tremor

Outline of Research at the Start

申請者はクラスII ARF KOマウスを用い、クラスII ARFの膜輸送における働き、および、クラスII ARF依存的な輸送の障害と振戦発症との関係を明らかにする計画である。
(1)クラスII ARFの膜輸送における働きに関しては、Nav1.6の軸索起始部への輸送メカニズムの詳細を初代培養や結合タンパク質を利用したアッセイ系で明らかにする。
(2)振戦発症メカニズムに関しては、解剖学的・生理学的解析の他に、振戦以外の患者に処方される各種薬剤を利用し、より振戦の特徴を明確なものにする。また、ウイルスによりKOマウスの小脳プルキンエ細胞特異的にクラスII ARFを発現させ、振戦への影響を調べる。

Outline of Annual Research Achievements

SNPの中には、多数の健常者においてヘテロで同定されているにも関わらず、ホモで有する健常者が同定されていないものがある。ホモで有する場合、何らかの疾患を発症するためと考えられる。以下の３つのSNPは、神経にほぼ特異的な発現を示す遺伝子の変異であり、ヘテロで有する健常者が多数同定されているにも関わらず、ホモで有する健常者は見つかっていない。
(1) Synaptotagmin Iは、小胞が分泌する際のカルシウムセンサータンパク質である。遺伝子解析において、199番目のアルギニンが終止コドンに置き換わる点変異が同定されている（この変異によりカルシウムセンサーとして重要なC2Aドメインの途中で終止コドンが入る）。この変異を挿入したマウスを作製したところ、ホモ接合体は全身欠失変異マウス以上に重篤な形質を示した。
(2) Semaphorin 4Cは、Plexin-B2と結合する一回膜貫通タンパク質であり、693番目のグルタミン酸が終止コドンに置き換わる点変異が同定されている。この変異により、PDZドメイン等を含む細胞内領域がほぼ完全に欠失する。
(3) phytanoyl-CoA 2-hydroxylase interacting protein-like (PHYHIPL)は脳に特異的な発現を示すが機能不明の遺伝子である。開始コドン直後の19番目のセリンが終止コドンに置き換わる点変異が同定されている。
我々はCRISPR/Cas9システムによりPHYHIPLのヒトで同定された変異を導入したマウスを作製し、解析を行った。その結果、このマウスは小脳プルキンエ細胞の形態の異常、プルキンエ細胞に投射する登上線維の異常、プルキンエ細胞に投射する抑制性シナプスの減少、小脳性強調運動の異常を示した。これらの結果から、この変異は何らかの小脳関連疾患の原因である可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] The Ser19Stop single nucleotide polymorphism (SNP) of human PHYHIPL affects the cerebellum in mice. (2021)
  • Author(s): Hisako Sugimoto, Takuro Horii, Jun-Na Hirota, Yoshitake Sano, Yo Shinoda, Ayumu Konno, Hirokazu Hirai, Yasuki Ishizaki, Hajime Hirase, Izuho Hatada, Teiichi Furuichi, Tetsushi Sadakata.
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 52 Issue: 1 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1186/s13041-021-00766-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CAPS2 deficiency impairs the release of the social peptide, oxytocin, as well as oxytocin-associated social behavior. (2021)
  • Author(s): Shuhei Fujima, Ryosuke Yamaga, Haruka Minami, Shota Mizuno, Yo Shinoda, Tetsushi Sadakata, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Yoshitake Sano, Teiichi Furuichi.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: － Issue: 20 Pages: 4524-4535
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3240-20.2021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CAPS1 is involved in hippocampal synaptic plasticity and hippocampus-associated learning. (2021)
  • Author(s): Chiaki Ishii, Natsumi Shibano, Mio Yamazaki, Tomoki Arima, Yuna Kato, Yuki Ishii, Yo Shinoda, Yugo Fukazawa, Tetsushi Sadakata, Yoshitake Sano, Teiichi Furuichi.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1038/s41598-021-88009-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The physiological role of Homer2a and its novel short isoform, Homer2e, in NMDA receptor-mediated apoptosis in cerebellar granule cells (2021)
  • Author(s): Furuichi Teiichi、Muto Yuko、Sadakata Tetsushi、Sato Yumi、Hayashi Kanehiro、Shiraishi-Yamaguchi Yoko、Shinoda Yo
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 14 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1186/s13041-021-00804-8
• [Journal Article] Absence of thyroid hormone induced delayed dendritic arborization in mouse primary hippocampal neurons through insufficient expression of brain-derived neurotrophic factor. (2021)
  • Author(s): Hiroyuki Yajima, Izuki Amano, Sumiyasu Ishii, Tetsushi Sadakata, Wataru Miyazaki, Yusuke Takatsuru, Noriyuki Koibuchi.
  • Journal Title: Frontiers in Endocrinology Volume: 12 Pages: 1-13
  • DOI: 10.3389/fendo.2021.629100
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nav1.6の軸索起始部への輸送異常と本態性振戦 (2021)
  • Author(s): 定方哲史
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 39
• [Journal Article] Deletion of Class II ADP-Ribosylation Factors in Mice Causes Tremor by the Nav1.6 Loss in Cerebellar Purkinje Cell Axon Initial Segments. (2019)
  • Author(s): Hosoi N, Shibasaki K, Hosono M, Konno A, Shinoda Y, Kiyonari H, Inoue K, Muramatsu SI, Ishizaki Y, Hirai H, Furuichi T, Sadakata T
  • Journal Title: J Neurosci Volume: 39(32) Issue: 32 Pages: 6339-6353
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2002-18.2019
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The Ser19Stop single nucleotide polymorphism (SNP) of human PHYHIPL affects the cerebellum in mice (2021)
  • Author(s): Tetsushi Sadakata, Takuro Horii, Jun-na Hirota, Yoshitake Sano, Yo shinoda, Ayumu Konno, Hirokazu Hirai, Yasuki Ishizaki, Hajime Hirase, Izuho Hatada, Teiichi Furuichi, Hisako Sugimoto
  • Organizer: 第64回日本神経化学会大会
• [Presentation] The Ser19Stop single nucleotide polymorphism (SNP) of human PHYHIPL affects the cerebellum in mice (2021)
  • Author(s): Tetsushi Sadakata
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
• [Remarks] 高齢者の体が震える原因とは？ – 「本態性振戦」の発症メカニズムをマウスの脳から探る
  • URL: https://academist-cf.com/journal/?p=11209