多様な生体制御機能を担うオキシトシン受容体研究の展開と新規アゴニスト解析系の樹立

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02442
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 西森 克彦 東北大学, 農学研究科, 教授 (10164609)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 青木 淳賢 東北大学, 薬学研究科, 教授 (20250219) ; 山末 英典 東京大学, 医学部附属病院, 准教授 (80436493) ; 木村 正 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (90240845)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 内側中核 / オキシトシン受容体 / 扁桃体内側核 / 社会記憶 / 平原ハタネズミ / 創薬 / CRISPR/Cas9 / 骨代謝

Outline of Annual Research Achievements

1.ニューロン特異的OXTR遺伝子欠損マウス解析：縫線核5-HT特異的OXTR発現神経の機能解析は理化学研究所の若菜博士の協力を得る方向で協議中である。社会記憶と母性行動に関与するOXTR発現性神経解析では、内側中核領域のOXTR発現性GABA作動性神経と、扁桃体内側核のOXTR発現性グルタミン酸作動性神経が協調的に働いて社会記憶を形成している可能性が強く示唆されるなど大きく前進した。(西森)
２．妊娠齧歯類モデルへのOXT長期投与と産子・母親への副次効果について：引き続き産仔への外来性OXT投与の副作用について調べ、OXT過剰投与群で子宮筋の過剰収縮が原因と推定される脳内虚血と細胞死を確認した。（東大　山末准教授と西森）。陣痛促進剤としてヒト妊婦へOXTを投与したケースの出生後の子供への影響について：引き続き、環境省エコチル研究結果より、母子の健康状態とOXT投与との関係に関するdata解析を継続した。（大阪大学、木村 正教授）
3.抗骨粗鬆薬としてのOXT・受容体系が持つ可能性より、OXT・OXTR遺伝子欠損マウスモデルの産褥期骨代謝の測定：所属研究科の移転に伴い、本課題へのOXTR(-/-)マウスの供給が十分でなく、繁殖を待ち再開する。
4.OXTR遺伝子KO平原ハタネズミの開発：高度社会性平原ハタネズミでのCRISPR/Cas9による遺伝子操作技術開発と、OXTR(-/-)平原ハタネズミ開発計画は大きく前進し、OXTRヘテロ型遺伝子欠損平原ハタネズミを樹立した。(西森)
5.OXTRアゴニストのスクリーニング系樹立と新規OXTRアゴニスト開発：昨年立ち上げたOXTRアゴニスト検索用アッセイにて、東北大薬学部所有の化合物ライブラリーに対し検索を行ったが有力化合物は得られていない。創薬機構より約10000種弱の化合物コアライブラリーを入手、検索準備中である。（青木教授と西森）

Current Status of Research Progress

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

Reason

1.神経特異的OXTR遺伝子欠損マウス解析：縫線核5-HT特異的OXTR発現神経の機能解析については、社会性に関与する可能性が少ないと判断された。社会記憶形成に関し、内側中核領域のOXTR発現性GABA作動性神経と扁桃体内側核のOXTR発現性グルタミン酸作動性神経が協調的に働いている可能性が新たに見出され、社会記憶形成の脳内メカニズム解明に向け大きく前進した。また連続2光子トモグラフによる３D網羅的神経回路解析は実施の目処が付き、28年度はその為の既存ツール（AAV-FLEX-SARE-Td.Tomato）の整備と新規ツール（c-fos-Td.Tomato KIマウス）の新規作製を開始、当該方法の完成・実施は真近い。
２.妊娠齧歯類モデルへのOXT長期投与と産子・母親への副次効果、及びヒト妊婦へのOXT投与が与える出生後の子供への影響解析については進展は当初の予想よりもやや遅れている。
3.抗骨粗鬆薬としてのOXT・受容体系が持つ可能性に関しての、OXT・OXTR遺伝子欠損マウスモデルの産褥期骨代謝の測定は所属研究科の移転に伴い、本課題へのOXTR(-/-)マウスの供給が充たされず繁殖を待って再開予定である。
4.OXTR遺伝子KO平原ハタネズミの開発：高度社会性平原ハタネズミでのCRISPR/Cas9による遺伝子操作技術開発とOXTRKOハタネズミ開発計画は大きく前進し、世界的に未だ報告の無いOXTR KOハタネズミ、及びバソプレッシンV1aR KOハタネズミ取得を達成した。
5.OXTRアゴニストの検索系樹立と新規OXTRアゴニストに関して、検索用アッセイ系が樹立され、東北大薬学部所有の化合物ライブラリーに対する大規模検索を行った。生憎、有力化合物は見出せなかった。引き続き創薬機構より約10000種弱の化合物コアライブラリーを入手し検索の継続・拡大へ順調に推移している。

Strategy for Future Research Activity

縫線核セロトニンニューロンで発現するオキシトシン受容体機能解析は、これまでに新しい機能示唆が無かったため中断し、新たにOXTR-cDNA.HA-IRES-Creマウス作製に際して見出された海馬CA3領域での高いOXTR発現と、同じく、自閉症の執着性や反復行動との関係が示唆される前頭前野領域でのオキシトシン受容体の果たす役割について解析を開始、進める。神経回路の解析は、当初、OXTR.cDNA.HA-IRES-Creマウスを用い、最近導入したFLEX型AAV-DtA（ジフテリア毒素）ベクターによる当該領域のOXTRニューロン除去によりる行動障害の解析を行い、この領域のOXTR発現性ニューロンの機能を明らかにする。
昨年の報告書で触れた、２光子顕微鏡を色素標識した連続脳スライス切片に適用する新規方法（Cell Rep 10, 292, 2015）につきPenn州立大学のDr.Kimと共同研究を進め、OXTR-Venus knockinマウスで3D解析画像が得られる事を確認した。この計画に適用するため、新たに　c-fos-Td.Tomatoノックインマウスの作製を開始、完成次第社会的摂食や母性行動時のOXTR発現性活性化神経の全脳的解析を進めて行く。
エコチルdata解析と骨粗鬆症とOTR・受容体系の関連については継続的に解析と研究を進めていく計画である。新たに、妊娠期の平原ハタネズミ（野性型、及びOXTR(-/-)）にOXTを過剰投与した場合の産仔の行動や脳の解剖学的異常の有無について、平原ハタネズミの数が確保され次第解析を開始する。
平原ハタネズミの遺伝子改変についてはこれまでに完成したOXTR(+/-)、V1aR(-/+)よりホモ欠損平原ハタネズミを作製して、ペア形成行動や共感性行動への影響を調べていく計画である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Yerkes Natl Primate Res Centr, Emory U./Penn State University/Louisiana State University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Yerkes Natl Primate Res Centr, Emory U./Penn State University/Louisiana State University
  • # of Other Institutions: 3
• [Int'l Joint Research] University of Regensberg/Max Planck Institute of Exp. Med.(Germany)
  • Country Name: Germany
  • Counterpart Institution: University of Regensberg/Max Planck Institute of Exp. Med.
• [Int'l Joint Research] Istituto Italiano di Tecnologia/CNR, Institute of Neuroscience(Italy)
  • Country Name: Italy
  • Counterpart Institution: Istituto Italiano di Tecnologia/CNR, Institute of Neuroscience
• [Int'l Joint Research] National Cheng Kung University(Taiwan)
  • Country Name: その他の国・地域
  • Counterpart Institution: National Cheng Kung University
• [Int'l Joint Research] Medical University of Vienna(Austria)
  • Country Name: Austria
  • Counterpart Institution: Medical University of Vienna
• [Journal Article] Intranasal Oxytocin and Vasopressin Modulate Divergent Brainwide Functional Substrates. (2017)
  • Author(s): Galbusera, A., De Felice, A., Stefano, G., Bassetto, G., Maschietto, M., Nishimori,K., Chini, B., Papaleo,F., Vassanelli, S., Gozzi, A
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Volume: 42 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1038/npp.2016.283
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lgr4 Expression in Osteoblastic Cells Is Suppressed by Hydrogen Peroxide Treatment. (2017)
  • Author(s): Mahasarakham, C.P.N., Izu, Y., Nishimori,K., Izumi, Y., Noda, M., Ezura, Y.
  • Journal Title: J Cell Physiol Volume: 232 Pages: 1761-1766
  • DOI: 10.1002/jcp.25684
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] up exposure facilitates retrieving behavior via the oxytocin neural system in female mice (2017)
  • Author(s): Okabe,S., Tsuneoka,Y., Takahashi,A., Ooyama,R., Watarai,A., Maeda,S., Honda,Y., Nagasawa, N., Mogi,K., Nishimori,K., Kuroda,M., Koide,T., Kikusui,T.
  • Journal Title: Psychoneuroendocrinology Volume: 79 Pages: 20-30
  • DOI: 10.1016/j.psyneuen.2017.01.036
• [Journal Article] Transgenic expression of telomerase reverse transcriptase (Tert) improves cell proliferation of primary cells and enhances reprogramming efficiency into the induced pluripotent stem cell. (2016)
  • Author(s): Hidema, S., Fukuda, T., Date, S., Tokitake, Y., Matsui, Y., Sasaki, H. and Nishimori, K.
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 8 Pages: 1925-1933
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1191330
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Oxytocin受容体発現ニューロンによる母性行動制御 (2017)
  • Author(s): 日出間志寿、宮崎慎至、大塚彩乃、堀江謙吾、矢田沙織、菊池昇平、木野崎萌、水上浩明、西森克彦
  • Organizer: 2017年日本農芸化学会年会
  • Place of Presentation: ウェスティン都ホテル京都／京都女子大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-19
• [Presentation] 自閉症様行動をレスベラトロールは改善す。 (2017)
  • Author(s): 菊池 昇平、日出間 志寿、堀江 謙吾、矢内 隆章、高田 良二、西森克彦
  • Organizer: 2017年日本農芸化学会年会
  • Place of Presentation: ウェスティン都ホテル京都／京都女子大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-19
• [Presentation] オキシトシン発現ニューロンの神経回路解析 (2017)
  • Author(s): 日出間志寿、大塚彩乃、宮崎慎至、矢田沙織、堀江謙吾、水上浩明、西森克彦
  • Organizer: 第94回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: アクトシティ浜松／静岡県浜松市
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-19
• [Presentation] 自閉症様行動異常の原因となる神経細胞およびその回路の解析 (2016)
  • Author(s): 木野崎萌、矢田紗織、平岡優一、日出間志寿、西森克彦
  • Organizer: 第39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）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 基底膜におけるLgr４欠損は増殖細胞減少により皮膚腫瘍形成を抑制する。 (2016)
  • Author(s): 小橋功紀、大山一徳、山上友希子、西森克彦
  • Organizer: 第39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）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 自閉症スペクトラム障害治療薬の開発に向けたオキシトシン受容体アゴニスト探索 (2016)
  • Author(s): 鈴木紳吾、堀江謙吾、岸貴之、井上飛鳥、矢田紗織、日出間志寿、青木淳賢、西森克彦
  • Organizer: 第39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）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] Generation of oxytocin receptor modified prairie voles by using CRISPR/Cas (2016)
  • Author(s): K. HORIE, T. HIRAYAMA, S. SUZUKI, T. FUKUDA, S. HIDEMA, K. NISHIMORI
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego Convention Center/San Diego, CA, USA
  • Year and Date: 2016-11-12 – 2016-11-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Lgr4の欠損はWnt/β-catenin経路を抑制することで皮膚腫瘍形成を軽減する。 (2016)
  • Author(s): 小橋功紀、大山一徳、山上友希子、西森克彦
  • Organizer: 第89回日本生化学会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター／東北大学川内北キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [Presentation] 自閉症様行動異常の原因となる神経細胞およびその回路の解析 (2016)
  • Author(s): 木野崎萌、矢田紗織、平岡優一、日出間志寿、西森克彦
  • Organizer: 第２５回日本行動神経内分泌研究会
  • Place of Presentation: ホテル・サンミ倶楽部／静岡県熱海市
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-15
• [Presentation] レスベラトロールは自閉症様行動を改善させる (2016)
  • Author(s): 菊池 昇平、日出間志寿、堀江謙吾、平山貴士、鈴木紳吾、矢内隆章、高田良二、西森克彦
  • Organizer: 第39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）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Presentation] Fetal oxytocin cell-autonomously regulates GABAergic excitatory and affects postnatal social behavior (2016)
  • Author(s): 小島智宏、平岡優一、宮崎慎至、西森克彦
  • Organizer: 第39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）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Presentation] Prenatal minocycline treatment alters synaptic protein expression, in oxytocin receptor-knockout mice. (2016)
  • Author(s): 宮崎慎至、平岡優一、日出間志寿、西森克彦
  • Organizer: 第39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）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Presentation] 母性行動におけるオキシトシン受容体発現細胞による制御. (2016)
  • Author(s): 日出間志寿、高橋友海、菊池昇平、宮崎慎至、大塚彩乃、平岡優一、西森克彦
  • Organizer: 第39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）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Remarks] 東北大学大学院農学研究科・応用生命科学専攻・分子生物学分野
  • URL: http://www.biochem.tohoku.ac.jp//bunsi/index-j.html