2020 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of functional roles of two GABA synthetic enzyme isoforms using knockout rats
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19K06881
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
柳川 右千夫 群馬大学, 大学院医学系研究科, 教授 (90202366)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | GABA / グルタミン酸脱炭酸酵素 / GAD65 / GAD67 / ノックアウトラット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
GABAは主要な神経伝達物質であり、グルタミン酸脱炭酸酵素（GAD; GAD65とGAD67の2型存在）によって合成される。GAD65とGAD67は、分子量、補酵素との親和性、細胞内局在などで違いがあり、異なる遺伝子にコードされている。GADやGABAは統合失調症、てんかん、不安症、抗GAD抗体関連脳症、心的外傷後ストレス障害（PTSD）など様々な精神神経疾患に関与することが報告されている。そこで、本研究では主にノックアウトラットを作製・解析することにより、脳機能におけるGAD65分子とGAD67分子の役割を明らかにすることを目指した。
GAD65発現低下による行動への影響を明らかにする目的で、GAD65ノックアウトラットヘテロ接合体と野生型ラットについて行動解析を行った。GAD65ノックアウトラットホモ接合体では生後4週齢までに約80%が死亡するので、ヘテロ接合体を用いた。高架式十字迷路テストでは、ノックアウトラットの方が野生型ラットよりクローズドアームでの長い滞在時間が観察され、不安様行動の亢進が示唆された。また、オープンフィールドテストでは、ノックアウトラットの方が野生型ラットより長い総移動距離が観察され、自発運動量の亢進が示唆された。一方、Y字型迷路テストおよび新奇物質探索テストでは、ノックアウトラットと野生型ラットとで違いが検出されず、認知機能障害は観察されなかった。以上より、GAD65分子は不安などの情動行動に関与することが示唆された。
GAD67欠損による恐怖反応への影響を明らかにする目的で、GAD67ノックアウトラットホモ接合体と野生ラットを用いて文脈恐怖条件付けを行い、形成された恐怖記憶の消去学習を試みた。その結果、GAD67ノックアウトラットでは、全く消去が起きないことが明らかとなり、GAD67分子がPTSDの病態に関与している可能性が示された。
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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
GAD65ノックアウトラットおよびGAD67ノックアウトラットを繁殖させ、解析が進捗した。GAD65ノックアウトラットヘテロ接合体で不安様行動が観察された。GAD65ノックアウトマウスでは、ホモ接合体で不安様行動が観察され、ヘテロ接合体では観察されないことが報告されている。GAD65とGAD67の発現比がラットとマウスで異なることで行動の差異が生じている可能性があり、更なる検討が必要である。
GAD65ノックアウトラットおよびGAD67ノックアウトラットについての研究成果を論文として発表した（Fujihara et al. Transl Psychiatry. 2020; Kakizaki et al., FASEB J. 2021; Fujihara et al., FEBS Open Bio. 2021; Fujihara et al., Front Pharmacol. 2021）。その中でFEBS Open Bio誌では、巻頭にその論文の概要を表紙のデザインとして用いられた。さらに、「Insights: fear of GAD」というタイトルでGAD67ノックアウトラットの作製・解析についてこれまでの我々の研究成果が紹介された（Wright, FEBS Open Bio.11:336-337, 2021）。
GAD65/GAD67ダブルノックアウトラットでは、脳内GABA含量がほぼゼロになる特徴がある。そこで、大脳皮質の神経前駆細胞に対するGABAの影響を明らかにする目的で、GAD65/GAD67ダブルノックアウトラットと野生型ラットの比較解析に着手した。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの研究成果として、GAD65ノックアウトラットは痙攣発作を示すてんかんモデル動物、GAD67ノックアウトラットは認知機能障害を示す統合失調症モデル動物として利用できる可能性を示唆した。さらに本年度の研究成果から、GAD65ノックアウトラットは不安様行動を示すモデル動物、GAD67ノックアウトラットはPTSDモデル動物となる可能性が示唆された。
来年度は、これまでの研究成果をさらに継続発展させる。GAD65ノックアウトラットについて恐怖条件付けテストを行い、恐怖記憶の形成や消去について検討する。また、得られた実験結果について、GAD65ノックアウトマウスやGAD67ノックアウトラットを用いた実験結果と比較検討する。一方、GAD67ノックアウトラットにつては、離乳期の低体重を見出しており、低体重の原因となるメカニズムについて検討する。これらのノックアウトラットの解析を継続することにより、脳機能におけるGAD65分子とGAD67分子の役割を明らかにする。
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Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Global knockdown of glutamate decarboxylase 67 elicits emotional abnormality in mice.2021
Author(s)
Miyata S, Kakizaki T, Fujihara K, Obinata H, Hirano T, Nakai J, Tanaka M, Itohara S, Watanabe M, Tanaka KF, Abe M, Sakimura K, Yanagawa Y.
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Journal Title
Mol Brain
Volume: 14
Pages: 5
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] CRISPR/Cas9-engineered Gad1 elimination in rats leads to complex behavioral changes: Implications for schizophrenia.2020
Author(s)
Fujihara K, Yamada K, Ichitani Y, Kakizaki T, Jiang W, Miyata S, PhD1; Suto T, Kato D, Saito S, Watanabe M, Kajita Y, Ohshiro T, Mushiake H, MD, Miyasaka Y, Mashimo T, Yasuda H, Yanagawa Y.
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Journal Title
Transl Psychiatry
Volume: 10
Pages: 426
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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