2019 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation and treatment development of the pathophysiology of glutamate-D-serine system in the white matter of schizophrenia
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18K07548
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| Research Institution | Showa University |
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Principal Investigator |
西川 徹 昭和大学, 医学部, 客員教授 (00198441)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | D-セリン / 白質 / 灰白質 / 大脳皮質 / in vivoダイアリシス / グルタミン酸 / グリシン / GABA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度の2018年度に続いて、大脳皮質白質における細胞外D-セリンの特徴を知る目的で、マウス前頭部皮質のforceps minorに中心とする白質領域にin vivoダイアリシスプローブを刺入し、自由運動下に神経伝導遮断（tetrodotoxin）、神経活動刺激（veratridine）、グリア細胞の活動性の抑制（fluorocitrate）等を同プローブを介して各薬物を作用させた時の透析液（細胞外液に相当）を回収し、蛍光検出機付HPLCを使ってD-セリン濃度を測定した。細胞外D-セリン濃度は、神経伝導遮断後には上昇傾向、神経活動刺激に対しては有意な低下、グリア細胞の活動性を抑制した条件では減少傾向が見られ、同じ前頭葉皮質領域の灰白質での各処置に対する反応性（Neuroscience, 1995年）と同様の方向性の変化が認められた。
また、白質に含まれるD-セリンの細胞局在を検討するため、白質を構成する主要な細胞の一つであるオリゴデンドログリアを選択的に破壊することが報告されているクプリゾン（cuprizone）を含む飼料で4週間飼育したマウスにおいて、大脳新皮質組織中のD-セリンその他のアミノ酸をHPLCによって定量した。クプリゾン投与マウスでは、通常飼料で飼育した対照群マウスに比して、D-セリンの43％の減少とL-セリンの26％の減少が認められたのに対して、GABAは著明に増加し、L-グルタミン酸には有意な変化が見られなかった。
以上の結果より、白質では、灰白質と同様にニューロンとグリアの活動がD-セリンの細胞外濃度に影響すること、およびクプリゾンが誘発するオリゴデンドログリアの変性または脱落によりD-セリンとその前駆物質のL-セリンが減少する可能性があることが示唆された。
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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
第二年度の2019年度では、本研究課題開始前に行った、神経細胞体を選択的に破壊するキノリン酸の前頭葉内側部の灰白質に注入する実験のアミノ酸分析データの解析も進めた。キノリン酸投与では、D-セリンとL-セリンの組織中濃度が低下したが、クプリゾン投与の場合に比べ、D-セリンの減少が大きく、L-セリンは同程度であった。一方、グルタミン酸とGABAは共に減少し、クプリゾン投与とは異なる変化が引き起こされた。いずれの研究成果ともに、世界に先駆けるもので、(1)D-セリンがオリゴデンドログリアと神経細胞体の双方に存在すること、(2)これら２種の細胞間の相互作用がD-セリンの濃度維持に重要である可能性が、初めて示唆された。そこで、これらの可能性についてさらに検討を進める一環として、現在、マウスの吻側端から前交連の大脳組織における白質と灰白質を分離採取し、D-セリン濃度を測定する実験を行った。
このように、本研究は白質で検出される組織および細胞外液中のD-セリンの細胞局在やシグナル調節について新知見をもたらしただけでなく、灰白質のD-セリンとの対比を通じて、脳におけるD-セリンシステムの全体像の解明に寄与していると考えられる。また、D-セリンが活性化に不可欠なNMDA受容体を介するグルタミン酸伝達は、近年白質におけるグリア系細胞との関係も注目され、統合失調症でも白質の病態が重要視されつつあることから、統合失調症に関与するNMDA受容体機能不全の分子細胞機構解明と、新しい治療薬の分子標的開発に有用な手がかりを与える意義があると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究により、白質のD-セリンに関する新知見が生まれるとともに、その生理的・病態生理学的役割を理解するためには、灰白質のD-セリンとの対比が重要であることが明らかになった。そこで、D-セリンを含有することが示唆された白質の主要な細胞成分であるオリゴデンドログリアが、白質の束間オリゴデンドログリア（intrafascicular oligodendroglia）と、灰白質においてニューロンの細胞体と密着する傍神経オリゴデンドログリア（perineuronal oligodendroglia）に分類されることに着目し、クプリゾン処置マウス脳の吻側端から前交連のレベルまでの組織における白質と灰白質を分離採取して、D-セリンその他のアミノ酸の定量的解析を行い、対照群のマウスと比較する。また、クプリゾン投与動物の大脳新皮質で、束間および傍神経オリゴデンドログリア、アストログリア、ニューロン、ミクログリア等の各細胞種のマーカータンパク質を定量的に解析し、D-セリンや他のアミノ酸の変化の細胞種との関係を検討する。さらに、オリゴデンドログリアに比較的多く発現し、細胞内外の情報伝達物質の調節に関係している可能性が高い分子群について、遺伝子改変動物、薬理学的方法等を用いて、D-セリンの組織中および細胞外液中濃度の制御における役割を検討する。D-セリンの局在を調べるため、D-セリンおよび各種細胞のマーカータンパクに特異的な抗体を使った、免疫組織化学的解析も合わせて行う。
統合失調症における白質のD-セリンの病態に関しては、薬理学的モデル動物（NMDA受容体遮断薬またはドーアミン作動薬投与動物）の大脳皮質白質および灰白質や、統合失調症患者の大脳皮質白質のD-セリンの変化の検討を計画している。
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| Causes of Carryover |
本研究課題では、これまでに研究代表者が作出した統合失調症モデル候補の遺伝子改変マウスにおけるD-セリンの病態を検討する必要があるため、現在保存中の凍結受精卵を個体化する計画を立てた。しかし、この遺伝子改変動物の実験が、研究代表者が異動した昭和大学における、動物施設の使用および動物実験手続きの制約により2019年度は遂行が難しかった。したがって、2020年度に延期せざるを得ないが、この個体化には80万円程度を要する点と、2020年度他の実験に要する費用から見て、2020年度の配分予定額だけで双方の経費を確保することはできない。そこで、2019年度までの物品費と旅費を節減して546,548円を繰り越し、2019年度の当初予算と合わせて活用することとした（概算：凍結受精卵の個体化80万円）。
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