2016 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature |
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15H05872
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| Research Institution | Hamamatsu University School of Medicine |
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Principal Investigator |
福田 敦夫 浜松医科大学, 医学部, 教授 (50254272)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳川 右千夫 群馬大学, 大学院医学系研究科, 教授 (90202366)
江川 潔 北海道大学, 医学研究科, 助教 (40450829)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | GABA / Cl- / Ca2+振動 / γ振動 / てんかん |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．γ振動発生機構に関わるGABA細胞シナプスの機能解析：α-dystroglycanのo-マンノース型糖転移酵素遺伝子fukutinのメチル化亢進が示唆されたモデルにおいて、PV陽性細胞減少に伴うperineuronal netsの減少とα-dystroglycan細胞外糖鎖の減少を確認し、GABAシナプス細胞外糖鎖の異常が示唆された。スライスパッチクランプではGABA作動性微小シナプス後電流の頻度減少を確認した。脳波の周波数成分ではγ領域を含め正常と差がある傾向があり、薬物誘発けいれんに伴った周波数成分のモーダルシフトにも差がある傾向を示した。
２．神経細胞間同期現象に関わるGABA細胞シナプスにおけるCl-バッファリングの検討：GABA細胞選択的tdTomato発現マウスに薬物けいれん誘発後、脳スライス標本を作製し、GABA細胞(tdTomato)周囲のFluo-4 AMで染色されたアストロサイトから細胞内Ca2+振動を記録し、シャム群と比較した。頻度情報だけでは差を見出すことが難しく、トランスファーエントロピーなど数理的解析が必要と判断した。
３．神経細胞発振がネットワーク病態へモーダルシフトする機序のモデル化による検討：乳幼児期発症の全般てんかんをもたらす電位依存性カリウムチャネルKv2.1突然変異体では、むしろ神経連続発火活動を抑制するにもかかわらずネットワーク同期など発振現象へのモーダルシフトを誘起する。その機序について、B02班（立命館大 北野勝則）と数理モデル上での再構築を試みた。
４．ネットワーク病態におけるGABA／Cl-ホメオダイナミクスの関与の検討：難治てんかん症例で発見されたKCC2の変異遺伝子をHEK細胞株に発現させ、各々の遺伝子のCl-平衡電位を測定した。野生型KCC2に比べ患者同様の複合ヘテロ変異を発現させた細胞では有意にCl-排出能が低下しており、てんかん原性要因であることを証明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
28年度の成果として、学会での公開や論文発表もできている。さらに、A03班の札幌医科大 長峯 隆との領域内連携事業として第96回北海道医学大会生理系分科会・日本生理学会北海道地方会での招待講演と札幌医科大学で特別セミナーを行った。28年度計画としては、当初計画であった「γ振動発生機構に関わるparvalbumin (PV)陽性GABA細胞シナプスの機能解析」「神経細胞間同期現象に関わるGABA細胞シナプスにおけるCl-バッファリングの検討」「神経細胞発振がネットワーク病態へモーダルシフトする機序のモデル化による検討」「ネットワーク病態におけるGABA／Cl-ホメオダイナミクスの関与の検討」をPiggyBac transposonシステム以外に重大な変更をすることなく実行でき、ほぼ予定通りの目的を達成でき、ネットワーク病態としての行動やてんかん原性評価するためのγ振動異常に関わる因子の探索では、自発痙攣が起きないことから薬物誘発痙攣モデルが適当との判断を導いた。さらに、新学術領域の目標である連携研究に関して、神経連続発火活動が減少した中でのネットワーク同期（てんかん発作）への発振現象のモーダルシフトの機序を、B02班と数理モデル上での再構築を試みるに至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．脳波周波数成分におけるGABAシナプス関与の解析：PV陽性GABA細胞とGABA細胞・シナプスの細胞外糖鎖の異常が確認されたモデルにおけるGABA作動性の自発性微小シナプス後電流の頻度解析と誘発性シナプス後電流を解析し、脳波の周波数のシフト解析と合わせ、GABAシナプス機能のモーダルシフトへの関与を評価する。行動解析を行ない、発達障害性精神疾患フェノタイプからネットワーク病態としての評価を行う。
２．神経細胞間同期現象に関わるアストロサイトの検討：てんかんモデル動物をもちい、GABAシナプスのアストロサイトの細胞内Ca2＋濃度（[Ca2＋]i）を記録する。また、アストロサイト由来の電位を反映する発作時DC電位を動物モデルから高周波律動とともに記録し、神経細胞間同期現象におけるアストロサイトの関与を評価する系を立ち上げる。（A03班連携）
３．細胞外タウリンと[Ca2＋]i振動、膜電位振動のモデル化による検討：細胞外タウリンと[Ca2＋]i、および膜電流の振動との関係に着目する。[Ca2＋]iの振動と新生ニューロン移動の因果関係のモデル化を検討する。（B02連係）。
４．ネットワーク病態における遺伝子変異モデルの検討：難治てんかん症例で発見された変異遺伝子のモデル動物を用いてwideband EEGを記録し、ヒト患者脳波で見られる高周波律動やDC電位を再現できるか検討する。（A03班連携）
５． Cl-ホメオダイナミクス関連分子の細胞発振・集団発振への関与の検討：Cl-ホメオダイナミクスに関与するtaurine transporterとWNK3の細胞発振現象への細胞膜特性的影響、さらに集団発振現象への移行に関するシナプス後電流の頻度・振幅等による影響を、各々のKOマウスを用いてパッチクランプ法で解析・評価する。
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[Journal Article] Impaired neuronal KCC2 function by biallelic SLC12A5 mutations in migrating focal seizures and severe developmental delay.2016
Author(s)
Saitsu H, Watanabe M, Akita T, Ohba C, Sugai K, Ong WP, Shiraishi H, Yuasa S, Matsumoto H, Beng KT, Saitoh S, Miyatake S, Nakashima M, Miyake N, Kato M, Fukuda A. and Matsumoto N.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6:30072
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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