自閉症病態モデル動物における硫酸化糖鎖の役割と新規治療標的としての可能性検討

• Project/Area Number: 21K07760
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52050:Embryonic medicine and pediatrics-related
• Research Institution: Dokkyo Medical University
• Principal Investigator: 山内 忍 獨協医科大学, 医学部, 助教 (70433589)
• 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: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 硫酸化糖鎖 / プロテオグリカン / 硫酸基転移酵素 / 脳微小環境 / グリア細胞 / 自閉症 / 神経炎症

Outline of Research at the Start

近年、患者数が増加傾向にある自閉症の病態形成にミクログリア活性化の関連が示唆されている。活性化型ミクログリアは神経系に対して傷害性と保護性を示す形質があり、各形質のバランスが神経炎症性の病態形成に関連していると考えられている。一方、申請者が注目する硫酸化グリコサミノグリカン(GAG)糖鎖は、硫酸化修飾構造の違いに基づき中枢神経系の細胞機能を制御しているが、ミクログリアにおける役割については不明な点が多い。本研究では、自閉症病態で発現する活性化型ミクログリアに固有なGAG糖鎖構造の質的・量的変化を調べることで、病態形成に相関するGAG糖鎖を新たな治療標的として提案することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

近年、患者数が増加傾向にある自閉症の病態形成にミクログリア活性化の関連が示唆されている。研究代表者が注目する硫酸化グリコサミノグリカン(GAG)糖鎖は、硫酸化修飾構造の違いに基づき中枢神経系の細胞機能を制御しているが、ミクログリアにおける役割については不明な点が多い。そこで、本研究では活性化型ミクログリアの関連が示唆される自閉症の病態形成にGAG糖鎖構造の変化が関与する可能性を検証するため、自閉症モデル動物脳と正常対照動物脳のそれぞれのミクログリアに発現するGAG糖鎖構造の質的・量的変化の有無を明らかにすることを目的としている。
本年度も昨年度に引き続き、バルプロ酸投与妊娠ラットが出産した仔ラットを自閉症モデルラットとして活用して解析をおこなう予定であった。しかし、先行研究で報告されたプロトコールに従いモデルラットの作出をおこなっていたところ、バルプロ酸投与妊娠ラットから自閉症モデルとなる仔ラットを全く取得できない状態が続いた。そこで、モデルラット作出に関する条件検討をおこないながら、同時進行で別のアプローチとして、バルプロ酸に暴露した培養神経幹細胞由来の2次元神経系細胞培養物をin vitro自閉症モデルとして用いて解析を進めている。現在、in vitro自閉症モデルとin vitro正常対照モデルの両者間での神経系細胞の分化誘導に伴うGAG糖鎖の発現・分布変化の有無について解析中である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本研究以外で参画している研究プロジェクトや大学業務に時間を取られたこと、解析に用いる自閉症モデル動物の作出がうまくいかなくなってしまったことなどから、本年度の実施を想定していた解析に遅れが生じてしまった。別のアプローチでの解析に着手したものの、当初の計画どおりの研究が遂行できなかった。そのため、当初の計画より遅れていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

硫酸化グリコサミノグリカン（GAG）糖鎖の機能発現には、GAG糖鎖が付加することで機能修飾されるタンパク質本体であるプロテオグリカン分子や、GAG糖鎖の特徴的な糖鎖構造の生合成過程に関わる多彩な糖鎖修飾酵素といったGAG糖鎖関連分子が関与している。そこで、バルプロ酸誘発型の自閉症モデルラット、および正常対照モデルラットについて、シナプス形成、およびシナプス刈り込み期、成熟期初期、成熟後と発達段階を分けて、両モデルの各段階の脳由来ミクログリア培養系から細胞抽出液を調製する。それらの細胞抽出液について、GAG糖鎖関連分子の遺伝子発現プロファイルを調べる。両モデル間で顕著な遺伝子発現変動を検索することで、自閉症モデルラット脳由来ミクログリア活性化の制御の鍵となるGAG糖鎖関連分子を特定する。
一方で、安定した自閉症モデルラットの作出が困難となる状況に備えて、バルプロ酸に暴露した培養神経幹細胞由来の２次元神経系細胞培養物を用いたin vitro自閉症モデルと正常対照モデルについてもGAG糖鎖関連分子の遺伝子発現プロファイル解析を進めていく。それにより、神経発達過程での自閉症病態形成に関わるGAG糖鎖関連分子の特定をおこなう。