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Elucidation of pathological mechanisms of neuropsychiatric disorders by analyses of postmortem brains

Research Project

Project/Area Number 23K21415
Project/Area Number (Other) 21H02853 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 52030:Psychiatry-related
Research InstitutionJikei University School of Medicine

Principal Investigator

久保 健一郎  東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (20348791)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 林 周宏  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (60373354)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Keywords精神神経疾患 / 死後脳 / 組織学的解析 / 動物モデル / 白質神経細胞 / 空間的遺伝子発現解析 / 単一細胞解析 / Visium / 統合失調症 / 組織構築 / モデルマウス / GeoMX DSP / 死後脳組織 / 遺伝子発現解析 / 単一核解析
Outline of Research at the Start

本研究は、精神神経疾患に罹患した患者の死後脳組織を用いて、新たな独自の着眼点による組織学的解析と、理化学研究所との共同研究による最先端の遺伝子発現解析を行い、動物モデルを用いた解析を有機的に融合して、微細な組織構築変化を伴う精神神経疾患の一群について、その病態メカニズムを解明する。標的とする微細な組織構築変化の一つとして、大脳皮質の白質神経細胞の増加に注目する。組織学的解析によって白質神経細胞が増加している死後脳組織を抽出して、単一細胞解析や遺伝子発現解析を行う。解析の結果に基づいてモデルマウスを作成し、組織学的解析や行動解析を行い、微細な組織構築変化を伴う精神神経疾患の病態を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

統合失調症に罹患した患者と非精神疾患対照者の死後脳組織を用いた、空間的遺伝子発現解析、および、単一細胞(核)解析を行い、その結果についての形態学的な検証を進めた。
空間的遺伝子発現解析のうち、Visium法(10X GENOMICS社)を用いた解析においては、精神疾患死後脳・DNAバンクから供与された、統合失調症に罹患した患者と非精神疾患対照者の凍結脳組織4例ずつの前帯状皮質について、薄切した脳組織を解析用スライドグラスに貼付けた空間的遺伝子発現解析を行なった。
その結果、統合失調症の脳の複数の組織ドメインにおいて、GFAPやVIMなど、アストロサイトに関わる遺伝子の発現上昇が検出された。この所見を検証するため、統合失調症に罹患した患者と非精神疾患対照者の死後脳組織において、RNA蛍光in situハイブリダイゼーション(RNA-FISH)の一つであるRNAscope法を用いて、標的遺伝子の発現解析を行なった。RNAscope法では一分子のmRNAの検出が可能であるため、遺伝子発現についての定量的な解析が可能である。その結果、これらのアストロサイトに関わる遺伝子の発現増加が統合失調症の死後脳組織において有意に増加していることを確認した。類似した遺伝子発現変化は、単一細胞(核)解析においても検出された。
また、これらの解析結果を踏まえた、動物モデルの作成にも着手した。Visium法での解析の結果、統合失調症と非精神疾患対照者の間で発現変動を示す遺伝子として、アストロサイトで豊富に発現していることが知られる遺伝子に注目して、ゲノム編集技術の一種であるi-GONAD法を用いて、遺伝子変異マウスを作成した。野生型マウスとの掛け合わせを複数世代に渡って進め、系統の確立を進めた。加えて、空間的解析を行う上で基盤となる神経細胞の脳内空間的分布に関して、マウスを用いた基礎研究を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

統合失調症に罹患した患者と、非精神疾患対照者の死後脳組織を用いた空間的遺伝子発現解析を進めたところ、統合失調症における、アストロサイトに関わる遺伝子の発現上昇を検出することができた。上記のVisium法(10X GENOMICS社)を用いた解析に加え、GeoMX Digital Spatial Profiler (DSP)法を用いた解析を予定通り行うができた。これらは世界的にも新規の手法であり、国内でも実施例が少ない。このため、様々な条件検討や予行練習が必要であった。その上で、なんとか解析を進めた上で、一定の所見を得ることができたと考えている。単一細胞(核)解析についても、様々な条件検討や試行錯誤を繰り返した結果、遺伝子発現変化を検出することができた。

Strategy for Future Research Activity

今後、空間的遺伝子発現解析および単一細胞(核)解析によって検出されたアストロサイトに関わる遺伝子の発現上昇について、さらに多くの死後脳組織を用いた検証を進める。精神疾患死後脳・DNAバンクから提供される、統合失調症に罹患した患者と、非精神疾患対照者の死後脳組織から作成したホルマリン固定パラフィン(FFPE)切片を利用することで、より多数の症例を用いた解析を行うことが可能である。得られた所見については、臨床情報等も参照しながら、統合失調症全体のなかで、どの程度の妥当性・浸透性を持つのかを、明らかにする。
さらに、これらの解析結果を踏まえて、統合失調症の脳で変化している分子候補として得られた遺伝子の遺伝子改変マウスを作成して、その系統の樹立を進めている。この作成した遺伝子改変マウスの脳について、組織学的解析を行うとともに、行動学的解析を行い、統合失調症をはじめとする精神疾患に類似した表現形を示すかどうか、検証を行う。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] A Unique “Reversed” Migration of Neurons in the Developing Claustrum2023

    • Author(s)
      Oshima Kota、Yoshinaga Satoshi、Kitazawa Ayako、Hirota Yuki、Nakajima Kazunori、Kubo Ken-ichiro
    • Journal Title

      The Journal of Neuroscience

      Volume: 43 Issue: 5 Pages: 693-708

    • DOI

      10.1523/jneurosci.0704-22.2022

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 空間トランスクリプトームと精神疾患研究2023

    • Author(s)
      吉永怜史、久保健一郎
    • Journal Title

      臨床精神医学

      Volume: 52 Pages: 193-197

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Dab1-deficient deep layer neurons prevent Dab1-deficient superficial layer neurons from entering the cortical plate.2022

    • Author(s)
      Satoshi Yoshinaga, Takao Honda, Ken-Ichiro Kubo, Kazunori Nakajima
    • Journal Title

      Neurosci Res.

      Volume: - Pages: 23-35

    • DOI

      10.1016/j.neures.2022.03.011

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Rhythmic activation of excitatory neurons in the mouse frontal cortex improves the prefrontal cortex mediated cognitive function2022

    • Author(s)
      Hazra Debabrata、Yoshinaga Satoshi、Yoshida Keitaro、Takata Norio、Tanaka Kenji F、Kubo Ken-ichiro、Nakajima Kazunori
    • Journal Title

      Cerebral Cortex

      Volume: - Issue: 23 Pages: 5243-5258

    • DOI

      10.1093/cercor/bhac011

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 発生過程における大脳新皮質中間帯での神経細胞の移動様式の解析2024

    • Author(s)
      内藤礼, 笠井祐登, 吉永怜史, 北澤彩子, 仲嶋一範, 久保健一郎
    • Organizer
      第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 超早産児に生じる脳障害の新規マウスモデルの解析2023

    • Author(s)
      久保健一郎, 園田愛莉, 角田安優, 植松優毅, 内藤礼, 稲見元太, 森本桂子, 林周宏, 吉永怜史, 北澤彩子, 井上健, 出口貴美子, 仲嶋一範.
    • Organizer
      第65回日本小児神経学会学術集会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 空間トランスクリプトームで解明する統合失調症における分子変化.2023

    • Author(s)
      吉永 怜史, レオン フリオ, 日野 瑞城, 安藤 吉成, ムーディー ジョナサン, 長岡 敦子, 北澤 彩子, 林 周宏, 仲嶋 一範, ホン チュンチャウ, 國井 泰人, シン ジェイ, 久保 健一郎.
    • Organizer
      第64回日本神経病理学会総会学術研究会/第66回日本神経化学会大会 合同大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 胎児期の虚血が脳のかたちや機能に与える影響の解析2023

    • Author(s)
      久保健一郎, 園田愛莉, 角田安優, 植松優毅, 内藤礼, 稲見元太, 森本桂子, 林周宏, 吉永怜史, 北澤彩子, 井上健, 出口貴美子, 仲嶋一範
    • Organizer
      第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 死後脳の空間的遺伝子発現解析による統合失調症の病態解明へのアプローチ2023

    • Author(s)
      久保健一郎
    • Organizer
      学術変革領域B「クラスタ/ハブダイナミズムの決定剛軟因子」国際シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 哺乳類大脳皮質発生で、サブプレートニューロンが皮質板下に配置されるメカニズム2022

    • Author(s)
      吉永怜史, 石井一裕, 岡本麻友美, 宮田卓樹, 久保健一郎, 仲嶋一範
    • Organizer
      第45回日本神経科学大会・第64回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会合同大会 (Neuro2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 脳の発生過程における前障神経細胞の移動様式の解析2022

    • Author(s)
      大島鴻太, 吉永怜史, 北澤彩子, 仲嶋一範, 久保健一郎
    • Organizer
      第45回日本神経科学大会・第64回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会合同大会 (Neuro2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] マウス海馬CA1と大脳新皮質錐体細胞は発生期において異なる移動様式を示す2022

    • Author(s)
      北澤彩子, 吉永怜史, シンミンギョン, 林周宏, 佐野ひとみ, 大石康二, 久保健一郎, 仲嶋一範
    • Organizer
      第45回日本神経科学大会・第64回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会合同大会 (Neuro2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 分泌性糖タンパク質リーリンによるN-カドヘリン輸送制御2022

    • Author(s)
      林周宏、井上聖香、久保健一郎、中尾信彦、安達泰治、仲嶋一範
    • Organizer
      第45回日本神経科学大会・第64回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会合同大会 (Neuro2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 空間的プロファイリング技術を用いた精神疾患の病態解明の試み2022

    • Author(s)
      久保健一郎
    • Organizer
      第45回日本神経科学大会・第64回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会合同大会 (Neuro2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Elucidation of migration profiles of claustral neurons during brain development.2022

    • Author(s)
      Oshima K, Yoshinaga S, Kitazawa A, Hirota Y, Nakajima K, Kubo K
    • Organizer
      Society for Neuroscience, Neuroscience 2022 meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 胎児期虚血が及ぼす脳形成への影響2022

    • Author(s)
      久保健一郎
    • Organizer
      2022 年度 発達障害研究所公開セミナー
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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