スパインにおける局所翻訳の網羅的解析による自閉症の病態解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14F04410
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 田中 元雅 独立行政法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, チームリーダー (40321781)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): CHEN Yi-Kai 独立行政法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Keywords: 翻訳 / スパイン / 自閉症

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、神経細胞を用いて、細胞体から離れた場所に存在する樹状突起・スパインにおいて、今まさに翻訳されている最中のmRNAを一塩基レベルで、定量的かつ全ゲノムで明らかにすることを目指す。さらにこの実験を、当研究室が保有する自閉症モデルマウスを用いてスパインにおける局所翻訳の網羅的解析を行う。本研究は、近年、喫緊の課題になっている自閉症における局所翻訳異常の全体像をゲノムワイドに明らかにし、その病態の解明だけでなく、スパインの局所翻訳異常に着目した新たな自閉症治療薬の開発にもつながると期待できる。本年度は、哺乳動物細胞を用いた上記の翻訳解析の技術を確立させるため、マウスの大脳（海馬）および海馬や大脳皮質由来の初代培養ニューロンやHEK293細胞などを用いて、翻訳最中のRNAを単離するためのプロトコルの確立を目指した。その結果、マウス脳やこれらの初代培養のニューロンを用いて、樹状突起部分と細胞体のそれぞれから各種RNAを抽出し、DNA化して環状のライブラリーを作成する手法をほぼ確立させた。そのライブラリーを次世代シーケンサーで網羅的に解析したところ、これまでに単離した各試料に特異的なRNAの存在等を示唆する結果を得た。また神経活動依存的な翻訳状態の変化を調べるために、神経刺激の前後で同様の実験を行うためのプロトコルを確立させ、配列解析の結果から神経活動の動態に関する興味深い知見を得た。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ライブラリーの作成および配列解析ともに、ほぼ当初の研究計画通りに研究が進んだため。

Strategy for Future Research Activity

これまでに確立してきた翻訳解析手法を用いて、引き続き、樹状突起部分と細胞体および神経刺激の前後で、翻訳されている最中のmRNAをゲノムワイドに調べることで、mRNA翻訳の実態解明を目指す。今後は、これまでにも用いてきた精神・神経変性疾患モデルマウスを用いた翻訳解析にも注力していく。加えて、より純粋に特異的なタイプの神経細胞のみからリボソームを単離するために、リボソームのサブユニットにタグをもつマウスを用いて、そこからリボソームに結合したRNAを高純度に単離し、ライブラリー化する手法を確立させる。これまでの予備的な実験では、上記の実験についてかなり良好な結果を得てきており、今後はそのライブラリー作成し、次世代シーケンサーで網羅的に解析する。以上から、より詳細に、神経細胞におけるnRNA翻訳の実態を解明し、自閉症モデルマウス脳由来の神経細胞における翻訳異常の分子レベルでの解明に繋げていく。