Clarification of the molecular pathogenesis of autism spectrum disorders through the analysis regarding sex differences

• Project/Area Number: 21K06594
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 47040:Pharmacology-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 田熊 一敞 大阪大学, 大学院歯学研究科, 教授 (90289025)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松崎 伸介 森ノ宮医療大学, 保健医療学部, 教授 (60403193)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 自閉スペクトラム症 / バルプロ酸 / 性差 / マウス / 社会性障害

Outline of Research at the Start

近年，国際的に自閉スペクトラム症 (ASD) を罹患する小児の著増が認められ，その発症率は女児に比べて男児のほうが約4倍高いことが知られている．研究代表者らは，妊娠中の抗てんかん薬服用により出生児のASD発症リスクが増大するという臨床知見に着目し，胎仔期バルプロ酸 (VPA) 曝露マウスがASDモデルとして有用であることを明らかとし，また，本モデルマウスが臨床所見と同様に雄性でASD様症状の発症率が高いという“性差”を示すことを見いだした．本研究では，これらの知見を踏まえて，“性差”を指標としてASDの病態分子基盤の解明を試み，新たな薬物療法への応用を追究する．

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者らは，妊娠中の抗てんかん薬服用により出生児の自閉スペクトラム症 (ASD) リスクが増大するという臨床知見に着目し，代表的な抗てんかん薬であるバルプロ酸 (VPA) を胎生12.5日目に曝露したマウスにおいて，出生後に雄性のみが社会性行動の低下といったASD様症状を示すこと，ならびに大脳皮質の器質的および機能的変化が生じていることを見いだした．本研究は，ASD様症状を示した“雄性”の胎仔期VPA曝露マウスと，ASD様行動が誘導されなかった“雌性”の胎仔期VPA曝露マウスにおいて，VPA曝露後の胎仔～出生仔の脳内における神経生化学的および神経解剖学的変化を比較解析し，“性差”を指標として，ASDの中核症状様行動の発現に関わる誘導分子あるいは抑制分子を解明することを目的として立案した．令和4年度は，(1) 胎仔期VPA曝露によるASD症状において性差をもたらせる候補分子の探索と同定，および (2) 脳の性分化に関わる分子の胎生期VPA曝露による産生および発現変化の解明に関わる実験を計画し，研究代表者である田熊と研究分担者である松崎に加えて，研究協力者として研究代表者の教室で新規採用した准教授１名，院生 (2名) と学生 (2名) に参画いただき実験を進めた．令和4年度は，新設した行動解析室において成育後のASD様行動発現の再現性を確認するとともに，生後1日齢の雌雄マウスの大脳皮質より抽出したRNAよりcDNA標品を調製し リアルタイムPCR法にてエストロゲン受容体，エストロゲン合成酵素甲状腺ホルモン変換酵素の発現変化を解析した．解析した分子において現時点において性差は検出できていないが，いずれの分子もVPA曝露群で減少傾向が認められたため，現在追加実験を実施中である．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

計画立案時に想定した以上に，コロナウイルス感染拡大および研究代表者が利用する研究棟の改修工事の影響 (騒音と粉塵，機器移設時のフリーザーおよび超低温フリーザーの故障) の影響が非常に大きく，令和3年度の研究計画がかなり遅れることとなった．令和4年度の前半は実験環境の再整備に少し時間を要したが，後半からはやや遅れながらも研究計画に沿って実験を進めている．

Strategy for Future Research Activity

コロナウイルス感染拡大と研究代表者が利用する研究棟の改修工事の影響により研究計画が遅延したため，研究計画の進捗状況は良いものとは言えないが，令和4年度に実験環境の再整備と研究協力者の体制構築ができたことより，令和5年度は，これまでの遅れを挽回できるように，今まで以上に途中過程での討論を増やし，より効率よく，そしてより確実に実験を進めていくことができるように尽力する．

Research Products

• [Journal Article] Oxytocin ameliorates impaired social behavior in a mouse model of 3q29 deletion syndrome (2022)
  • Author(s): Takemoto Tomoya、Baba Masayuki、Yokoyama Kazumasa、Kitagawa Kohei、Nagayasu Kazuki、Ago Yukio、Seiriki Kaoru、Hayata-Takano Atsuko、Kasai Atsushi、Mori Daisuke、Ozaki Norio、Takuma Kazuhiro、Hashimoto Ryota、Hashimoto Hitoshi、Nakazawa Takanobu
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 15 Issue: 1 Pages: 26-26
  • DOI: 10.1186/s13041-022-00915-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prenatal exposure to valproic acid causes allodynia associated with spinal microglial activation (2022)
  • Author(s): Imado E, Sun S, Abawa AR, Tahara T, Kochi T, Huynh TNB, Asano S, Hasebe S, Nakamura Y, Hisaoka-Nakashima K, Kotake Y, Irifune M, Tsuga K, Takuma K, Morioka N, Kiguchi N, Ago Y.
  • Journal Title: Neurochemistry International Volume: 160 Pages: 105415-105415
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2022.105415
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Small-molecule non-peptide antagonists of the PACAP receptor attenuate acute restraint stress-induced anxiety-like behaviors in mice (2022)
  • Author(s): Shintani Yusuke、Hayata-Takano Atsuko、Yamano Yui、Ikuta Mankato、Takeuchi Rei、Takuma Kazuhiro、Okada Takuya、Toyooka Naoki、Takasaki Ichiro、Miyata Atsuro、Kurihara Takashi、Hashimoto Hitoshi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 631 Pages: 146-151
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.09.079
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neuronal differentiation reporter mice as a new methodology for detecting in vivo developmental neurotoxicity (2022)
  • Author(s): Ishida Keishi、Tatsumi Kanoko、Minamigawa Yoshiki、Mori Kazuma、Matsumaru Daisuke、Nagase Hisamitsu、Kanda Yasunari、Takuma Kazuhiro、Nakanishi Tsuyoshi
  • Journal Title: Biochemical Pharmacology Volume: 206 Pages: 115332-115332
  • DOI: 10.1016/j.bcp.2022.115332
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] バルプロ酸の胎内曝露による発達障害モデルの作製と新規薬物療法の追究 (2021)
  • Author(s): 田熊 一敞
  • Journal Title: The Journal of Child & Brain Development Volume: 12 Issue: 1 Pages: 26-33
  • DOI: 10.34572/jcbd.12.1_26
  • NAID: 130008104072
  • ISSN: 2185-1417, 2435-8819
  • Open Access
• [Journal Article] Multiple alterations in glutamatergic transmission and dopamine D2 receptor splicing in induced pluripotent stem cell-derived neurons from patients with familial schizophrenia (2021)
  • Author(s): Yamamoto Kana、Kuriu Toshihiko、Takuma Kazuhiro、Ono Fumihito、Matsumoto Naomichi、Hashimoto Ryota、Hashimoto Hitoshi、Nakazawa Takanobu
  • Journal Title: Translational Psychiatry Volume: 11 Issue: 1 Pages: 548-548
  • DOI: 10.1038/s41398-021-01676-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ヒト染色体3q29領域欠失を導入した自閉スペクトラム症モデルマウスの社会行動異常はオキシトシンの投与により回復する (2023)
  • Author(s): 竹本智哉, 馬場優志, 北川航平, 永安一樹, 勢力薫, 早田敦子, 笠井淳司, 吾郷由希夫, 田熊一敞, 橋本亮太, 橋本均, 中澤敬信
  • Organizer: 日本薬学会第143年会
• [Presentation] 誕生日タグづけ法を用いた胎仔期バルプロ酸暴露による大脳皮質細胞分布異常の全脳解析 (2023)
  • Author(s): 瀬尾慧, 笠井淳司, 植野寛貴, 中井悠花, 島崎雄人, 田沼将人, 馬場優志, 吉永怜史, 大久保仁, 勢力薫, 田熊一敞, 久保健一郎, 橋本 均
  • Organizer: 日本薬学会第143年会
• [Presentation] マウス胎生期のバルプロ酸曝露は脊髄でのミクログリアの増殖とアロディニアを引き起こす (2022)
  • Author(s): 吾郷由希夫, 今戸瑛二, Samnang Sun, 中村庸輝, 中島一恵, 森岡徳光, 田熊一敞, 木口倫一, 浅野智志
  • Organizer: NEURO2022
• [Presentation] 鎮痛作用を示さない低用量μオピオイド受容体アゴニストは自閉スペクトラム症モデルマウスの社会性行動障害を改善する (2022)
  • Author(s): 吾郷由希夫, 内藤恵, 川瀬啓生, 樋口桃子, 山川英訓, 大波壮一郎, 小川公一, 中邨篤史, 河内貴弘, 今戸瑛二, 田原孟, 浅野智志, 古武弥一郎, 田熊一敞, 橋本均
  • Organizer: BPCNPNPPP4学会合同年会
• [Presentation] Intranasal oxytocin administration suppresses social contact-induced neural activity in a POGZ-Q1038R mutant mouse model of autism spectrum disorder (2022)
  • Author(s): Kitagawa K, Baba M, Takemoto T, Tanuma M, Hayashida M, Yamaguchi S, Ago Y, Seiriki K, Hayata-Takano A, Takuma K, Kasai A, Hashimoto H, Nakazawa T
  • Organizer: Neuroscience 2022 (The 51st Annual Meeting of the Society for Neuroscience)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TRPV1アンタゴニストAMG517は胎生期バルプロ酸投与誘発の自閉症モデルマウスにおいて痛覚感受性の異常と社会性行動障害を改善する (2022)
  • Author(s): 田原孟, 今戸瑛二, 川瀬啓生, 樋口桃子, 山川英訓, 小川公一, 古武弥一郎, 田熊一敞, 橋本均, 浅野智志, 吾郷由希夫
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会 (JPW2022)
• [Presentation] 神経発達障害モデルマウスにおける機械的アロディニアの発症とミクログリアの関与 (2022)
  • Author(s): 今戸瑛二, Samnang Sun, Abawa Abrar, 浅野智志, 中村庸輝, 中島一恵, 森岡徳光, 津賀一弘, 入舩正浩, 田熊一敞, 木口倫一, 吾郷由希夫
  • Organizer: 第95回日本薬理学会年会
• [Presentation] ASDモデルマウスの社会性行動と前頭前皮質の機能異常 (2022)
  • Author(s): 笠井淳司, 彌永祐輔, 植野寛貴, 中井悠花, 原雄大, 三浦大樹, 田沼将人, 林田美鈴, 横山玲, 大久保仁, 勢力薫, 早田敦子, 山口瞬, 北岡志保, 古屋敷智之, 吾郷由希夫, 中澤敬信, 田熊一敞, 橋本均
  • Organizer: 第95回日本薬理学会年会
• [Presentation] 胎生期バルプロ酸投与マウスは熱刺激およびカプサイシン誘発痛の増大と機械的アロディニアを示す (2021)
  • Author(s): 今戸瑛二, 浅野智志, 中村庸輝, 中島一恵, 森岡徳光, 津賀一弘, 入舩正浩, 田熊一敞, 吾郷由希夫
  • Organizer: 第139回日本薬理学会近畿部会
• [Presentation] ヒト染色体3q29領域欠失を導入した自閉スペクトラム症モデルマウスの社会性行動異常はオキシトシンの投与により回復する (2021)
  • Author(s): 竹本智哉, 馬場優志, 北川航平, 永安一樹, 勢力薫, 早田敦子, 笠井淳司, 吾郷由希夫, 田熊一敞, 橋本均, 中澤敬信
  • Organizer: 第140回日本薬理学会近畿部会
• [Remarks] 大阪大学大学院 歯学研究科 薬理学講座
  • URL: https://web.dent.osaka-u.ac.jp/pharm/index.html