Suppression of epileptic seizures by regulating astrocytic cAMP signaling

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19F19411
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 池谷 裕二 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (10302613)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ZHOU ZHIWEN 東京大学, 薬学研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2019-10-11 – 2022-03-31
• Keywords: アストロサイト / てんかん / cAMP / 海馬

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的はアストロサイトにおけるcAMP上昇がてんかん発作に与える影響を検証し、特に、発作を抑制する可能性を検証し、そのメカニズムを解明することである。本研究は、主にアストロサイトに光活性化アデニル酸シクラーゼを発現する遺伝子改変動物を用い、海馬への光刺激によって海馬アストロサイトのcAMPを時間分解能よく上昇させる。
本年度は、急性てんかん発作においてアストロサイトのcAMP上昇による影響を検証した。薬物によって誘起される2種類のてんかん発作モデルにおいて、薬物投与後に光刺激はてんかん発作の重症度および死亡率を低下させた。このことから、少なくとも急性なてんかん発作において、アストロサイトのcAMP上昇は発作を抑制する作用があることが明らかとなった。
また、これからの実験のために、動物モデルや手法の確立を行った。まず、慢性てんかんにおいてアストロサイトのcAMP上昇による影響を調べるために、海馬内へのカイニン酸投与を用い、海馬硬化モデルマウスを作製した。当該モデルマウスからは自発のけいれん発作、または欠神発作が確認された。さらに、てんかん発作の程度と頻度を行動上だけでは、判断できない部分もあるため、光刺激と同時海馬から多点の脳波を記録するシステムを確立した。これから急性または慢性てんかんモデルマウスに用いる予定である。その他、てんかん発作自体がアストロサイトのcAMP上昇を引き起こすを検証するために、アストロサイトに赤色蛍光のcAMPセンサーを発現させるウイルスを作製した。In vitroのてんかんモデルにおいて、アストロサイトのcAMPイメージングを行い、発作とcAMP上昇の関係をさらに調べる予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

1.急性てんかん発作に対し、アストロサイトのcAMP上昇は抑制作用を持つことが確認された。
2.慢性てんかんモデルにおいてアストロサイトのcAMP上昇を評価するために脳波記録方法とモデル動物を確立した。
3.アストロサイトのcAMPのイメージングを行うためのツールを作製。

Strategy for Future Research Activity

1. 慢性てんかんモデルにおいてアストロサイトのcAMPを上昇させ、てんかん発作の程度と頻度が減少するかを検証する。
1-1.抑制作用がある場合、人工知能によって脳波からてんかん発作のタイミングを予測させ、光刺激によってアストロサイトのcAMP上昇を誘起し、自発発作の抑制を試みる。
1-2.抑制作用がない場合、または逆に促進した場合、アストロサイトにおけるcAMP変化について調べる。急性てんかん発作に対する抑制作用が消失したメカニズムを明らかにすることで、てんかん発症の原理に迫ることができる。
2.in vitroのてんかんモデルにおいてアストロサイトのcAMPのイメージングを行う。アストロサイトのcAMP上昇内因的な保護メカニズムであるかを検証する。