遺伝性側頭葉てんかんのシナプスおよび神経回路病態の解明

• Project Area: Generation of synapse-neurocircuit pathology
• Project/Area Number: 25110733
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 深田 優子 生理学研究所, 細胞器官研究系, 准教授 (40416186)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥15,080,000 (Direct Cost: ¥11,600,000、Indirect Cost: ¥3,480,000); Fiscal Year 2014: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2013: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: てんかん / シナプス伝達 / 神経回路 / LGI1 / 神経科学 / 国際情報交換 / オランダ

Outline of Annual Research Achievements

けいれん発作の反復を主徴とする“てんかん”は人口の約1%に見られる頻度の高い神経疾患であり、その一部は難治性である。したがって、根本的なてんかん病態の理解と治療法の開発が待たれている。私共はこれまでに、家族性側頭葉てんかんの原因遺伝子産物である分泌蛋白質LGI1が膜蛋白質ADAM22/ADAM23のリガンドであり、脳内の主要な興奮性シナプス伝達を担うAMPA型グルタミン酸受容体の機能を促進することを見出した。また、LGI1機能欠損マウスでは海馬シナプスのAMPA受容体機能が低下し、てんかんが必発することを見出した。本研究では、LGI1遺伝子変異がシナプス伝達異常と神経回路異常をもたらす分子過程を明らかにして、てんかんの病態解明を目指すと共に、見出した分子病態に基づく新たなてんかん治療戦略を探索することを目的とする。今年度は、当初の研究計画を着実に遂行し、下記のような成果を得た。
前年度までにヒトLGI1変異の大半が細胞内で（主に小胞体内で）LGI1蛋白質の構造異常が原因で、輸送障害をうけて分泌不全となっていることを見出した。また、培養細胞レベルで化学シャペロン投与によりLGI1の輸送障害が改善されることを見出した。今年度は、LGI1変異を有するヒトてんかんモデルマウスに、化学シャペロンを投与することにより、けいれん表現型が軽減することを見出した(Yokoi et al., Nat Med 2015)。本知見は、てんかんの病態機構と治療戦略に新しい概念を与えるものである。
一方、私共は海馬歯状回顆粒細胞を代表とする様々な神経細胞に細胞種特異的にLGI1を発現させることに成功し、LGI1機能異常によって生じるてんかんの責任神経細胞を同定しつつある。このように、本研究では当初の計画を順調に進め、予想以上の進捗と成果を得た。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Chemical corrector treatment ameliorates increased seizure susceptibility in a mouse model of familial temporal lobe epilepsy. (2015)
  • Author(s): Yokoi N, Fukata Y, Kase D, Miyazaki T, Jaegle M, Ohkawa T, Takahashi N, Iwanari H, Mochizuki Y, Hamakubo T, Imoto K, Meijer D, Watanabe M, Fukata M
  • Journal Title: Nat Med Volume: 21 Issue: 1 Pages: 19-26
  • DOI: 10.1038/nm.3759
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Postsynaptic nanodomains generated by local palmitoylation cycles (2015)
  • Author(s): Fukata M, Sekiya A, Murakami T, Yokoi N, Fukata Y.
  • Journal Title: Biochem Soc Trans Volume: 43 Pages: 199-204
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification and characterization of GABAA receptor autoantibodies in autoimmune encephalitis (2014)
  • Author(s): Ohkawa T, Satake S, Yokoi N, Miyazaki Y, Ohshita T, Sobue G, Takashima H, Watanabe O, *Fukata Y, *Fukata M (*corresponding author).
  • Journal Title: J Neurosci Volume: 34 Issue: 24 Pages: 8151-8163
  • DOI: 10.1523/jneurosci.4415-13.2014
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Functional phylogenetic analysis of LGI proteins identifies an interaction motif crucial for myelination (2014)
  • Author(s): Kegel L, Jaegle M, Driegen S, Aunin E, Leslie K, Fukata Y, Watanabe M, Fukata M, Meijer D.
  • Journal Title: Development Volume: 141 Issue: 8 Pages: 1749-1756
  • DOI: 10.1242/dev.107995
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-Microtubular Localizations of Microtubule-Associated Protein 6 (MAP6) (2014)
  • Author(s): Gory-Faure S, Windscheid V, Brocard J, Montessuit S, Tsutsumi R, Denarier E, Fukata Y, Bosc C, Delaroche J, Collomb N, Fukata M, Martinou J, Pernet-Gallay K, Andrieux A.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Issue: 12 Pages: e114905-e114905
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0114905
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Antibodies to epilepsy-related LGI1 in limbic encephalitis neutralize LGI1-ADAM22 interaction and reduce synaptic AMPA receptors. (2013)
  • Author(s): Ohkawa T, Fukata Y, Yamasaki M, Miyazaki T, Yokoi N, Takashima H, Watanabe M, Watanabe O, Fukata M
  • Journal Title: J Neurosci, Volume: 33 Issue: 46 Pages: 18161-18174
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3506-13.2013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local palmitoylation cycles define activity-regulated postsynaptic subdomains (2013)
  • Author(s): Fukata Y, Dimitrov A, Boncompain G, Vielemeyer O, Perez F, Fukata M
  • Journal Title: J Cell Biol Volume: 202 Issue: 1 Pages: 145-161
  • DOI: 10.1083/jcb.201302071
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In silico screening for palmitoyl substrates reveals a role for DHHC1/3/10 (zDHHC1/3/11)-mediated neurochondrin palmitoylation in its targeting to Rab5-positive endosomes (2013)
  • Author(s): Oku S, Takahashi N, Fukata Y, Fukata M
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 288 Issue: 27 Pages: 19816-19829
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.431676
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neuronal major histocompatibility complex class I molecules are implicated in the generation of asymmetries in hippocampal circuitry (2013)
  • Author(s): Kawahara A, Kurauchi S, Fukata Y, Martinez-Hernandez J, Yagihashi T, Itadani Y, Sho R, Kajiyama T, Shinzato N, Narusuye K, Fukata M, Lujan R, Shigemoto R, Ito I
  • Journal Title: J Physiol Volume: 591 Issue: 19 Pages: 4777-4791
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2013.252122
  • NAID: 120005315161
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Specialized membrane nanodomain organized by lipid modification (2015)
  • Author(s): Fukata M, Sekiya A, Murakami T, Fukata Y
  • Organizer: 第92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・展示場（兵庫県神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [Presentation] てんかん原因遺伝子LGI1の先天的および後天的分子異常による脳機能障害 (2014)
  • Author(s): 深田優子､横井紀彦、深田正紀
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市西区）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
  • Invited
• [Presentation] Pathological roles of autoantibodies to synaptic proteins in encephalitic (2014)
  • Author(s): Fukata Y., Ohkawa T., Satake S., Yokoi N., Watanabe M., Fukata M.
  • Organizer: 44th annual meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Washington, DC, USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] ポストシナプスに局在する脱パルミトイル化酵素の同定と性状解析 (2014)
  • Author(s): 関谷敦志、村上達郎、小林憲太、深田優子、深田正紀
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市左京区）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] LGI1分子の役割と自己抗体の作用機序 (2014)
  • Author(s): 深田正紀、大川都史香、横井紀彦、深田優子
  • Organizer: 第48回てんかん学会学術集会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2014-10-02 – 2014-10-03
• [Presentation] Molecular mechanisms of LGI1 mutation-related epilepsy and new strategy for human epilepsy (2014)
  • Author(s): Yokoi N., Fukata Y., Kase D., Miyazaki T., Jaegle M., Imoto K., Meijer D., Watanabe M., Fukata M.
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市西区）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Exploration of depalmitoylating enzymes regulating bi-directional trafficking of small GTPase HRas (2014)
  • Author(s): Murakami T, Sekiya A, Fukata Y, Fukata M
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市西区）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Local PSD-95 palmitoylation cycles define activity-regulated postsynaptic subdomains (2013)
  • Author(s): Fukata Y, Dimitrov A, Boncompain G, Vielemeyer O, Perez F., Fukata M
  • Organizer: FASEB Science Research Conference “Protein Lipidation, Signaling, and Membrane Domains”
  • Place of Presentation: Saxtons River, Vermont, USA
• [Presentation] Molecular pathogenic mechanisms of epilepsy caused by LGI1 mutations (2013)
  • Author(s): Yokoi N., Fukata Y., Kase D., Miyazaki T., Jaegle M., Imoto K., Meijer D., Watanabe M., Fukata M
  • Organizer: 43rd annual meeting of the Society for Neuroscience. San Diego
  • Place of Presentation: San Diego, California, USA
• [Book] 細胞工学 (2015)
  • Author(s): 横井紀彦、深田優子、深田正紀
  • Total Pages: 85
  • Publisher: 学研メディカル秀潤社
• [Remarks] 生理学研究所 プレスリリース
  • URL: http://www.nips.ac.jp/release/2014/12/post_285.html
• [Remarks] 生理学研究所 生体膜研究部門ホームページ
  • URL: http://www.nips.ac.jp/fukata/
• [Remarks] ライフサイエンス新着論文レビュー
  • URL: http://first.lifesciencedb.jp/archives/9607
• [Remarks] けいれん・記憶障害をきたす自己免疫性辺縁系脳炎の病態を解明
  • URL: http://www.nips.ac.jp/contents/release/entry/2013/11/-lgi1.html
• [Remarks] 神経と神経の"つなぎ目"（シナプス）の「数」と「サイズ」は、どのように決まっているの？
  • URL: http://www.nips.ac.jp/contents/release/entry/2013/07/-dhhc2.html
• [Remarks] 生理学研究所 生体膜研究部門 業績
  • URL: http://www.nips.ac.jp/fukata/publication/
• [Remarks] F1000Prime Article Recommendations
  • URL: http://f1000.com/prime/718175488#recommendations
• [Remarks] F1000Prime Article Recommendations
  • URL: http://f1000.com/prime/718042748?bd=1&ui=21748