タンパク質合成・分解異常に着目した自閉症スペクトラム発症の分子機序解明

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K08924
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: 笠井 慎也 公益財団法人東京都医学総合研究所, 精神行動医学研究分野, 主席研究員 (20399471)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菊池 尚美 公益財団法人東京都医学総合研究所, 精神行動医学研究分野, 主席研究員 (30450589)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 自閉症スペクトラム / 結節性硬化症 / 中間表現型 / 脳形態変化 / タンパク質合成

Outline of Annual Research Achievements

昨年度、Tsc2(+/-)マウスの脳において行った網羅的遺伝子発現解析の結果、Tsc2(+/-)マウスの脳ではアセチルコリン合成・代謝酵素の遺伝子発現量が有意に変化しており、アセチルコリン神経伝達系の異常がTsc2(+/-)マウスの自閉症様行動の責任病態である可能性が予想された。そのため、アセチルコリンエステラーゼ阻害薬donepezil hydrochlorideがTsc2(+/-)マウスの行動異常を改善するか解析した。Tsc2(+/-)マウスは3-6ヶ月齢雄マウスを用いた。Donepezil hydrochlorideは行動解析1時間前に1 mg/kg s.c.単回投与し、open field testおよび3-chamber testにおいて、Tsc2(+/-)マウスの行動を計測した。Tsc2(+/-)マウスおよび野生型マウス間で有意に差異が見られたopen fieldの外周域および中間域滞在時間は、donepezilの投与下では有意差が打ち消されたものの、滞在時間は対照（野生型マウス、vehicle投与群）と比較して顕著に変化していた。Tsc2(+/-)マウスの病態はdonepezil hydrochlorideの投与により重篤化したと考えられる。Tsc2(+/-)マウスの脳ではChat遺伝子およびAche遺伝子の発現量が亢進し、アセチルコリン合成・代謝回転が亢進していると考えられる。このことから、Tsc2(+/-)マウスの行動異常改善には、アセチルコリン合成・代謝回転を減弱させる方向の、例えば、Chat阻害剤あるいはアセチルコリン受容体mAchR/nAchRの拮抗薬が有効であると考えられる。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

研究代表者は2016年7月から2018年12月まで、スウェーデン、イノベーション・システム庁のMarie Curie Incoming Project「Potenta opiathybrider med mindre biverkningar」に採択され、Project Leaderとして所属機関とスウェーデン研究機関を往復して共同研究を実施した。そのため、本研究の計画時には想定できなかった業務の多忙により、本年度は、本研究を十分に実施することが出来なかった。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、Tsc2(+/-)マウスの脳形態変化という「中間表現型」の原因である、あるいは関連する脳神経病態とその時期を明らかにする。Tsc2(+/-)マウスの脳形態変化が認められた脳領域において、神経細胞やグリア細胞のマーカー分子（NeuN, IbaI, Gfap, Mbp等）で免疫組織化学染色を行い、各種細胞分布の変化を解析する。
Tsc2がコードするTuberinやその関連分子についてwestern blottingや免疫組織化学染色を行い、Tsc2(+/-)マウスの脳神経病態を明らかにする。さらにS6, Ulk1やユビキチン等、タンパク質合成・分解に関わる分子についても免疫組織化学染色を行う。また、TUNEL染色や細胞増殖・細胞死関連分子（PCNA, Ki67, p57kip,Bcl-x, Bax等）の免疫組織化学染色や遺伝子発現解析により、細胞変化の臨界点を明らかにする。

Causes of Carryover

2018年度は、2016年度から平行して推進している他の研究プログラムに多くのエフォートを割く必要があり、本研究の申請時には計画していなかったことから、本年度の実験を終了することが出来なかった。2018年度に計画していて終了できなかった実験は、引き続き2019年に実施する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Karolinska Institutet(スウェーデン)
  • Country Name: SWEDEN
  • Counterpart Institution: Karolinska Institutet
• [Journal Article] Brain hyperserotonemia causes autism-relevant social deficits in mice. (2018)
  • Author(s): Tanaka M, Sato A, Kasai S, Hagino Y, Kotajima-Murakami H, Kashii H, Takamatsu Y, Nishito Y, Inagaki M, Mizuguchi M, Hall FS, Uhl GR, Murphy D, Sora I, Ikeda K.
  • Journal Title: Mol Autism Volume: 9 Pages: 60
  • DOI: 10.1186/s13229-018-0243-3.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Association between the rs7583431 single nucleotide polymorphism close to the activating transcription factor 2 gene and the analgesic effect of fentanyl in the cold pain test. (2018)
  • Author(s): Aoki Y, Nishizawa D, Yoshida K, Hasegawa J, Kasai S, Takahashi K, Koukita Y, Ichinohe T, Hayashida M, Fukuda KI, Ikeda K.
  • Journal Title: Neuropsychopharmacol Rep Volume: 38 Pages: 86-91
  • DOI: 10.1002/npr2.12012.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genome-wide association study identifies polymorphisms associated with the analgesic effect of fentanyl in the preoperative cold pressor-induced pain test. (2018)
  • Author(s): Takahashi K, Nishizawa D, Kasai S, Koukita Y, Fukuda KI, Ichinohe T, Ikeda K.
  • Journal Title: J Pharmacol Sci Volume: 136 Pages: 107-113
  • DOI: 10.1016/j.jphs.2018.02.002.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ドーパミン欠乏マウスを用いた各種自発行動のおけるドーパミン依存症の解析. (2018)
  • Author(s): 藤田雅代, 萩野洋子, 武田大志, 笠井慎也, 高松幸雄, 池田和隆.
  • Organizer: 第28回日本臨床精神神経薬理学会・第48回日本神経精神薬理学会 合同年会
• [Presentation] ゲノムワイド関連解析(GWAS)による冷水誘発疼痛試験におけるフェンタニルの鎮痛効果と関連する遺伝子多型の同定. (2018)
  • Author(s): 西澤大輔, 髙橋香央里, 吉田香織, 笠井慎也, 長谷川準子, 中山京子, 江畑裕子, 高北義彦, 福田謙一, 一戸達也, 池田和隆.
  • Organizer: 第28回日本臨床精神神経薬理学会・第48回日本神経精神薬理学会 合同年会
• [Presentation] プロポフォール投与後の効果部位濃度におけるCYP2B6の遺伝子多型の影響. (2018)
  • Author(s): 髙橋香央里, 西澤大輔, 山田芳嗣, 笠井慎也, 須野学, 高北義彦, 一戸達也, 福田謙一, 池田和隆.
  • Organizer: 第28回日本臨床精神神経薬理学会・第48回日本神経精神薬理学会 合同年会
• [Presentation] Autistic-like behavioral deficits are severer in Tsc2 than Tsc1 haploinsufficiency in mouse models of TSC. (2018)
  • Author(s): Sato A, Tanaka M, Kashii H, Kotajima-Murakami H, Kasai S, Hagino Y, Kobayashi T, Hino O, Mizuguchi M, Ikeda K.
  • Organizer: 国際TSCリサーチカンファレンス2018 (ITSCRC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genome-wide association study identifies genetic polymorphisms associated with the analgesic effect of fentanyl in the preoperative cold pressor-induced pain test. (2018)
  • Author(s): Nishizawa D, Takahashi K, Yoshida K, Kasai S, Hasegawa J, Nakayama K, Ebata Y, Koukita Y, Fukuda K, Ichinohe T, Ikeda K.
  • Organizer: 31st CINP World Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gene expression profile of dopamine-deficient mouse brain for underlying molecular pathology in psychiatric disorders. (2018)
  • Author(s): Kasai S, Hagino Y, Fujita M, Kobayashi K, Ikeda K.
  • Organizer: 31st CINP World Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The orexin (hypocretin) receptor 2 gene polymorphism Val308Ile associated with nicotine dependence. (2018)
  • Author(s): Nishizawa D, Kasai S, Hasegawa J, Sato N, Yamada H, Tanioka F, Nagashima M, Ujike H, Hashimoto R, Arai T, Mori S, Sawabe M, Naka-Mieno M, Yamada Y, Yamada M, Sato N, Muramatsu M, Tanaka M, Hayashida M, Sugimura H, Ikeda K.
  • Organizer: 2018 NIDA International Forum
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Associations between the orexin (hypocretin) receptor 2 gene polymorphism Val308Ile and nicotine dependence found in genome-wide and subsequent association studies. (2018)
  • Author(s): Nishizawa D, Kasai S, Hasegawa J, Sato N, Yamada H, Tanioka F, Nagashima M, Ujike H, Hashimoto R, Arai T, Mori S, Sawabe M, Naka-Mieno M, Yamada Y, Yamada M, Sato N, Muramatsu M, Tanaka M, Hayashida M, Sugimura H, Ikeda K.
  • Organizer: CPDD 80th Annual Scientific Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 結節性硬化症モデルマウスの自閉症様行動に関わる遺伝子発現変化の解析. (2018)
  • Author(s): 柏井洋文, 佐藤敦志, 笠井慎也, 萩野洋子, 古田島浩子, 田中美歩, 小林敏之, 樋野興夫, 池田和隆, 岡明, 水口雅.
  • Organizer: 第60回日本小児神経学会学術集会
• [Presentation] セロトニントランスポーター欠損マウスの自閉症様行動はトリプトファン欠乏食によって改善する. (2018)
  • Author(s): 佐藤敦志, 田中美歩, 笠井慎也, 萩野洋子, 古田島浩子, 柏井洋文, 西藤泰昌, 稲垣真澄, 曽良一郎, 水口雅, 池田和隆.
  • Organizer: 第60回日本小児神経学会学術集会
• [Presentation] Gene expression profile corresponding to autism-like behaviors in mouse models of tuberous sclerosis complex. (2018)
  • Author(s): Kashii H, Kasai S, Hagino Y, Sato A, Kotajima H, Tanaka M, Kobayashi T, Hino O, Oka A, Mizuguchi M, Ikeda K.
  • Organizer: 第8回 新潟大学脳研究所共同研究拠点国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research