2019 Fiscal Year Annual Research Report
Biologically integrative research of autism
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16H06316
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
内匠 透 神戸大学, 医学研究科, 教授 (00222092)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 自閉症 / コピー数多型 / 細胞モデル / 神経回路 / 腸内細菌叢 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自閉症は社会性の障害に代表される発達障害である。遺伝的寄与が高いが環境要因の関与も否定できない多因子複合性の疾患で、その病態解明は未だ断片的である。本研究では、細胞・シナプス（自閉症細胞モデルの開発）、回路・行動（社会性行動異常の神経回路の解明）、さらには環境要因（脳腸連関による脳発達障害）レベルで、それぞれの最先端技術を導入した方法論を取り入れ多面的に解析するとともに、それらの結果を連関、統合する事により、複雑な自閉症の病態解明に迫る。自閉症の生物学的研究として、本成果は新規診断・治療法開発への基盤は勿論、正常の社会脳発達の理解に貢献する事が期待される。
環境要因に関わるアプローチとして、脳腸連関による脳発達障害を検討するために、自閉症モデルマウス（Dup15q）を用いて、16S rRNAによるメタゲノム解析を行った。Dup15qモデルマウスでは、腸内細菌叢の菌種の多様性が減少していた。また抗生物質投与による行動変化を検討したところ、ネオマイシン投与によって超音波啼鳴によるコミュニケーションの改善が見られた。さらにこの社会性コミュニケーションの改善に関わる候補細菌を（Barnesiella viscericola他６種）同定した。これらの細菌叢は社会性コミュニケーションに影響を及ぼすことが示唆された。
自閉症細胞モデル、社会性神経回路に関わる成果は、それぞれ、コピー数多型網羅的ES細胞ラブラリーの構築と包括的解析、大脳皮質ネットワーク動態解析として、論文準備中である。
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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
CRISPR/Cas9系を用いた「次世代」染色体工学的手法を用いて、ヒトコピー数多型（CNV, copy number variation）に相当するマウスCNVを有するマウスES(embryonic stem,多能性幹)細胞モデルの構築を完成した。また、ES細胞から神経細胞への分化プロトコールを確立した。細胞モデルの表現解析として、代表的なCNV１１種類に関して、シングルセルRNA-seq法によるトランスクリプトーム解析、形態学的解析、生理学的解析（Ca反応、電気生理学的解析）を行った。また自閉症コピー数多型（CNV）データベースを構築した。
バーチャルリアリティー（VR）システムを用いた社会性行動の解析として、マウス活動時における大脳皮質でのCaシグナルのマクロイメージングを行った。得られたネットワークから行動予測が可能かどうかを数理学的に考察した。さらに、野生型マウスのみならず、自閉症モデルマウス（Dup15q）においてもその行動と大脳皮質ネットワークとの関連を検討した。
微小顕微鏡を用いた社会性行動中の神経活動計測では、前頭前皮質及びその近傍の脳部位からCaシグナルを計測することにより、「社会性細胞集団」を同定した。
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| Strategy for Future Research Activity |
自閉症コピー数多型（CNV）ライブラリーのin vitroスクリーニング：様々なラインを利用して、神経細胞に分化した後、様々な形態的パラメータ（樹状突起分枝数、同長さ、細胞体サイズ等）、Caシグナル他、ドラッグスクリーニングのための指標を引き続き探索する。
ヒトCNV細胞モデルの構築：マウスCNVライブラリーの中で、代表的なラインに関して、ヒES細胞を用いて次世代染色体工学を施すことにより、ヒトCNV細胞モデルを構築する。本CNVヒトES細胞モデルを用いて、形態学的、電気生理学的およびトランスクリプトーム解析を行う。
バーチャルリアリティー（VR）システムを用いた社会性行動の解析：機械学習を利用して、ネットワーク解析から行動の予測が可能になるかを引き続き検討する。
in vivo 自由行動下での社会行動中の神経活動計測：オプトジェネティクスを利用して、「社会性細胞」の刺激により、社会性行動に変動が見られるかどうかを引き続き検証する。
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