マウス扁桃体における短縮型ジストロフィンDp140欠損に併う自閉症様病態の解明

• Project/Area Number: 21J10198
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 51030:Pathophysiologic neuroscience-related
• Research Institution: Kansai Medical University (2022); Tokyo Medical and Dental University (2021)
• Principal Investigator: 橋本 泰昌 関西医科大学, 医学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: デュシェンヌ型筋ジストロフィー / 自閉スペクトラム症 / ジストロフィン・アイソフォーム / Dp140 / 扁桃体外側基底核（BLA） / 内側前頭前野-扁桃体外側基底核神経回路 / VGLUT1 / 核酸医薬 / 自閉症スペクトラム障害 / 扁桃体外側基底核

Outline of Research at the Start

デュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)は，ジストロフィン蛋白が欠損することで発症する遺伝性希少疾患である．DMD患者の症状は，主に筋肉の障害であるが，中枢神経障害も伴うことがある．特に，脳にある短いジストロフィン・アイソフォームのDp140が欠損した患者では，自閉症スペクトラム障害の症状を有意に伴う．しかし，Dp140の神経機能の役割は未だ明らかではない．そこで，本研究では脳Dp140に着目し，DMDモデルマウスを用いて，神経細胞におけるシナプス機能を明らかにする．さらに，核酸医薬を脳に投与しDp140を回復させると，シナプス機能がどう変化するかを明らかにする．

Outline of Annual Research Achievements

【研究の目的】
デュシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）は、ジストロフィンが欠損することで四肢の筋力や心機能低下だけでなく、脳症状も呈する。ジストロフィンの短いアイソフォームであるDp140は胎生期に高発現し、神経発達分子と関連している。Dp140欠損は、臨床的に自閉スペクトラム症（ASD）および注意欠如・多動症（ADHD）と関連するといわれてきたが、その詳細な病態メカニズムは理解されていなかった。
【研究方法】
DMD患者と同じ遺伝子変異を有する2種類のDMDモデルマウスを用いて、マウス脳Dp140の欠損および回復における神経病態を評価した。野生型マウス（C57BL/6J）と、マウスDmd遺伝子のエクソン23点変異によりDp427が単独欠損したC57BL/6J-mdx23マウスと、エクソン52欠失変異によりDp427、Dp260（網膜のみ発現） およびDp140が欠損したC57BL/6J-mdx52マウスを用いた。
【結果】
mdx52マウスでは、社会性行動異常が観察され、扁桃体外側基底核（BLA）にある錐体神経細胞での興奮性シナプス後電流（EPSC）の振幅低下、内側前頭前野からBLAの錐体神経細胞へ投射されるグルタミン酸放出の減少、シナプス前終末にあるグルタミン酸輸送体の小胞型グルタミン酸トランスポーター（VGLUT1）の発現低下、および興奮性シナプス前終末にあるシナプス小胞数の減少を認めた。さらに、エクソン53スキップを誘導するアンチセンス核酸医薬の脳室内投与、またはDp140 mRNA薬のBLA投与で、Dp140を回復させることで、mdx52マウスBLAにおける社会性行動、電気生理学的異常およびVGLUT1発現が改善された。これらの結果から、Dp140がグルタミン酸放出の制御に影響を及ぼすことで、社会性行動に関与している可能性が示唆された。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Dubowitz Neuromuscular Centre/NIHR GOSH BRC/University College London(英国)
• [Journal Article] Brain Dp140 alters glutamatergic transmission and social behaviour in the mdx52 mouse model of Duchenne muscular dystrophy (2022)
  • Author(s): Hashimoto Yasumasa、Kuniishi Hiroshi、Sakai Kazuhisa、Fukushima Yuta、Du Xuan、Yamashiro Kunihiko、Hori Kei、Imamura Michihiro、Hoshino Mikio、Yamada Mitsuhiko、Araki Toshiyuki、Sakagami Hiroyuki、Takeda Shin’ichi、Itaka Keiji、Ichinohe Noritaka、Muntoni Francesco、Sekiguchi Masayuki、Aoki Yoshitsugu
  • Journal Title: Progress in Neurobiology Volume: 216 Pages: 102288-102288
  • DOI: 10.1016/j.pneurobio.2022.102288
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Investigating the role of dystrophin isoform deficiency in motor function in Duchenne muscular dystrophy (2022)
  • Author(s): Chesshyre Mary、Ridout Deborah、Hashimoto Yasumasa、Ookubo Yoko、Torelli Silvia、Maresh Kate、Ricotti Valeria、Abbott Lianne、Gupta Vandana Ayyar、Main Marion、Ferrari Giulia、Kowala Anna、Lin Yung‐Yao、Tedesco Francesco Saverio、Scoto Mariacristina、Baranello Giovanni、Manzur Adnan、Aoki Yoshitsugu、Muntoni Francesco
  • Journal Title: Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle Volume: 13 Issue: 2 Pages: 1360-1372
  • DOI: 10.1002/jcsm.12914
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 脳ジストロフィン・アイソフォームDp140のシナプス機能 (2023)
  • Author(s): 橋本 泰昌 , 青木 吉嗣
  • Organizer: 第8回 筋ジストロフィーCNS障害研究会
  • Invited
• [Presentation] 脳ジストロフィン・アイソフォームDp140のシナプス機能 (2022)
  • Author(s): 橋本 泰昌, 青木 吉嗣
  • Organizer: 第8回 筋ジストロフィーCNS障害研究会
  • Invited
• [Presentation] Restoration of dystrophin ameliorates impaired social behavior and amygdala synapses in mdx52 mice (2021)
  • Author(s): Yasumasa Hashimoto, Yoshitsugu Aoki
  • Organizer: 第62回 日本神経学会学術大会
• [Presentation] Brain Dp140 alters glutamatergic transmission and social behaviour in Duchenne muscular dystrophy mouse model (2021)
  • Author(s): Yasumasa Hashimoto, Hiroshi Kuniishi, Kazuhisa Sakai, Yuta Fukushima, Xuan Du, Kunihiko Yamashiro, Kei Hori, Norio Motohashi, Michihiro Imamura, Mikio Hoshino, Mitsuhiko Yamada, Toshiyuki Araki, Hiroyuki Sakagami, Shin’ichi Takeda, Keiji Itaka, Noritaka Ichinohe, Francesco Muntoni, Masayuki Sekiguchi, Yoshitsugu Aoki
  • Organizer: 26th International Annual Congress of the World Muscle Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] エクソン53スキップ療法はDMDモデルマウスの社会性行動異常と扁桃体シナプス異常を改善させる (2021)
  • Author(s): 橋本 泰昌, 國石 洋, 関口 正幸, 青木 吉嗣
  • Organizer: 第39回 日本神経治療学会学術集会
• [Presentation] 短いジストロフィンDp140欠損は興奮性シナプス伝達を抑制し、自閉症様行動を引き起こす (2021)
  • Author(s): 橋本 泰昌, 國石 洋, 境 和久, 福島 雄大, Xuan Du, 本橋 紀夫, 今村 道博, 位高 啓史, 一戸 紀孝, 関口 正幸, 青木 吉嗣
  • Organizer: 第7回 日本筋学会学術集会
• [Book] 生体の科学. デュシェンヌ型筋ジストロフィーの中枢神経障害 (2021)
  • Author(s): 橋本 泰昌, 青木 吉嗣
  • Publisher: 金原一郎記念医学医療振興財団／医学書院