Elucidating synaptic mechanisms and treatment of epileptic encephalopathy associated with CDKL5 mutations

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K09614
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 田中 輝幸 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 准教授 (10246647)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: CDKL5 / シナプス / てんかん / 発達障害 / ノックアウトマウス / NMDA受容体 / キナーゼ / 海馬

Outline of Annual Research Achievements

(1) H29年度は、CDKL5遺伝子変異によるてんかん性脳症の発症機序の一つとして、遺伝子プロモーター領域の変異による遺伝子発現の障害を考え、更に新規遺伝子治療法の開発の基盤として、CDKL5遺伝子発現調節機構のシス因子の同定を行った。方法として、マウスゲノム上、Cdkl5遺伝子開始点の上流5kbから下流2.5kbまでを、ホタルルシフェラーゼ発現ベクターpGL4.12 に細分化しクローニングした。マウスNeuro2A細胞にウミシイタケベクターと共導入し、24時間後にDual-Glo Luciferase Assay Systemを用いて発光度計測し、ホタル/ウミシイタケの発光度の比を換算した。その結果、Cdkl5遺伝子の上流約300-500 bpにエンハンサー領域、上流約500-750 bpにサイレンサー領域、上流約750-1kbにエンハンサー領域を同定した。本成果は、マウスCdkl5遺伝子のプロモーター・エンハンサー領域を始めて同定し、平成30年度より開始するCdkl5ノックアウト(KO)マウスに対するアデノ随伴ウイルス(AAV)を用いた遺伝子治療研究において必要なプロモーター情報として貴重なデータである。更にヒトのCDKL5遺伝子調節機構の解明への基盤データとなる。
(2) Cdkl5 KOマウスの海馬シナプスにおけるGluN2B型NMDA受容体の過剰集積とそれに伴う痙攣感受性の異常亢進、電気生理学的異常、更にGluN2B選択的阻害薬による易痙攣性のレスキューを、論文にまとめ、H29年7月にNeurobiology of Disease誌上で発表した。
(3) Cdkl5 KOマウスの不安・恐怖関連行動の異常亢進、社会性の変化、空間参照記憶の獲得・長期保持の障害、海馬ニューロン形態異常等の特徴的表現型を論文にまとめ、H30年4月にPLOS ONE誌上で発表した。

Research Products

• [Journal Article] Comprehensive behavioral analysis of the Cdkl5 knockout mice revealed significant enhancement in anxiety- and fear-related behaviors and impairment in both acquisition and long-term retention of spatial reference memory (2018)
  • Author(s): Okuda Kosuke、Takao Keizo、Watanabe Aya、Miyakawa Tsuyoshi、Mizuguchi Masashi、Tanaka Teruyuki
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 13 Pages: e0196587
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0196587
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CDKL5 controls postsynaptic localization of GluN2B-containing NMDA receptors in the hippocampus and regulates seizure susceptibility (2017)
  • Author(s): Okuda Kosuke、Kobayashi Shizuka、Fukaya Masahiro、Watanabe Aya、Murakami Takuto、Hagiwara Mai、Sato Tempei、Ueno Hiroe、Ogonuki Narumi、Komano-Inoue Sayaka、Manabe Hiroyuki、Yamaguchi Masahiro、Ogura Atsuo、Asahara Hiroshi、Sakagami Hiroyuki、Mizuguchi Masashi、Manabe Toshiya、Tanaka Teruyuki
  • Journal Title: Neurobiology of Disease Volume: 106 Pages: 158～170
  • DOI: 10.1016/j.nbd.2017.07.002
  • Peer Reviewed
• [Presentation] CDKL5 controls postsynaptic localization of GluN2B-containing NMDA receptors in the hippocampus, and regulates seizure susceptibility, emotional behaviors, and memory (2018)
  • Author(s): 田中 輝幸, 奥田 耕助, 小林 静香, 村上 拓冬, 深谷 昌弘, 高雄 啓三, 渡邉 紀, 萩原 舞, 阪上 洋行, 水口 雅, 宮川 剛, 真鍋 俊也
  • Organizer: The 8th BRI International Symposium 2018, Niigata, Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Comprehensive analyses of CDKL5, a causative gene product for neurodevelopment disorders West syndrome or atypical Rett syndrome (2017)
  • Author(s): 田中 輝幸, 奥田 耕助, 小林 静香, 村上 拓冬, 深谷 昌弘, 高雄 啓三, 渡邉 紀, 萩原 舞, 阪上 洋行, 水口 雅, 宮川 剛, 真鍋 俊也
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会、千葉市
• [Presentation] CDKL5 controls postsynaptic localization of GluN2B-containing NMDA receptors in the hippocampus and regulates seizure susceptibility (2017)
  • Author(s): T. TANAKA, K. OKUDA, S. KOBAYASHI, M. FUKAYA, K. TAKAO, A. WATANABE, T. MURAKAMI, M. HAGIWARA, S. KOMANO-INOUE, H. MANABE, M. YAMAGUCHI, H. SAKAGAMI, T. MIYAKAWA, M. MIZUGUCHI, T. MANABE
  • Organizer: 2017 Annual Meeting of the Society for Neuroscience, Washington, DC, USA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CDKL5 controls postsynaptic localization of GluN2B-containing NMDA receptors in the hippocampus and regulates seizure susceptibility (2017)
  • Author(s): T. TANAKA, K. OKUDA, S. KOBAYASHI, M. FUKAYA, K. TAKAO, A. WATANABE, T. MURAKAMI, M. HAGIWARA, S. KOMANO-INOUE, H. MANABE, M. YAMAGUCHI, H. SAKAGAMI, T. MIYAKAWA, M. MIZUGUCHI, T. MANABE
  • Organizer: 2017 CDKL5 Forum Meeting, Boston, USA
  • Int'l Joint Research