2012 Fiscal Year Research-status Report
マルチモーダルＧＡＢＡの視点で挑む発達障害性疾患病因のタウリン仮説
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24659508
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| Research Institution | Hamamatsu University School of Medicine |
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Principal Investigator |
福田 敦夫 浜松医科大学, 医学部, 教授 (50254272)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 生理学 / 神経科学 / 発達障害 / 発生・分化 / GABA / タウリン / KCC2 / トニックカレント |
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| Research Abstract |
中枢神経系の最も主要な抑制性神経伝達物質であるGABA（γ-アミノ酪酸）の発達期の脳における作用はCl-ホメオダイナミクスによって、実にマルチモーダルである。発達障害性疾患の病因に、この発達期特有のマルチモーダルなGABA作用への影響がある可能性を、母体から胎児に移行するタウリンの欠乏によるマルチモーダルGABAの変調という病因仮説に則り、病態モデル動物等を用いて研究を行った。
【モデル動物の作製】母体タウリン合成阻害モデル：タウリンは大部分母体血由来である。そこで、母体由来の胎仔タウリンを欠乏させるため、D-システインスルフィン酸を、母体マウス腹腔内に投与して母体のタウリン合成を阻害したモデルを完成した。タウリントランスポータ（TauT）KOマウス：胎仔脳タウリン含量を測定したところ野生型の1/8に減少していた。
【モデル動物胎仔脳の神経細胞の発生・移動・GABA/タウリン傍分泌の解析】野生型で皮質板／サブプレート／中間帯／脳室下帯のCa2+振動頻度に違いが見られ、免疫組織化学でタウリンの分布を解析したところサブプレートに特に多かった。タウリン欠乏で胎仔大脳皮質の皮質板細胞発生への影響が見られ、皮質板細胞の移動も加速していた。特に、パッチクランプで解析したところ、タウリン欠乏では胎仔脳のサブプレートでGABAA受容体を会したトニック電流が消失していた。これが、放射状移動を加速した可能性がある。また、タウリンによるNKCC1活性上昇とKCC2活性低下を見出し、これがWNK-SPAK/OSR1のリン酸化を会して起こることを証明した。
【モデル動物胎仔脳のDNAメチル化解析】生後21日齢のモデル動物の前頭葉を回収し、PBAT法を用い、次世代シーケンサーを用いて網羅的DNAメチル化解析に着手した。
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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
当初の計画を実行でき、実験数も増えて結果が信頼できるものとなってきた。モデル動物も確立したので、これを用いたさらに詳細な解析が可能となった。母体から胎仔に移行するタウリンが脳の発達に影響を与える可能性が強く示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
モデル動物脳の生後における細胞配置とシナプス微細形態異常の抽出：生後3週齢で、GABA細胞の分類マーカーで免疫染色し、大脳皮質錐体細胞および各種GABA細胞の分布と細胞発生時期（BrdU陽性）との関連を求める。また、GABA合成酵素（GAD65/67）、GABAトランスポーター、BDNF、KCC2、NKCC1などへの影響を調べる。シナプス微細形態は２光子顕微鏡で解析する。
モデル動物脳の生後におけるシナプス伝達・神経回路機能異常の抽出： 生後3週齢で、パッチクランプ法でシナプス外GABAA受容体を介するトニック電流、白質の電気刺激で誘発される興奮性／抑制性シナプス後電流を大脳皮質で記録する。また、白質電気刺激による興奮の空間伝播を、特に側方拡散に注目して膜電位光学測定法で観察し、カラム構造への影響を解析する。
モデル動物胎仔脳のDNAメチル化解析:解析の結果をにらみつつ、残りは遺伝子プロモーター領域に重点を置いた網羅的解析（RRBS法）で進めていく。特にタウリンとKCC2, NKCC1やGABA合成酵素、GABAA受容体、容積感受性陰イオンチャネルなどの遺伝子の制御領域は詳細な解析を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
備品は請求しない。消耗費として、マウス飼育費、実験器具、試薬、混合ガス、抗体、メチル化解析用キットのほか、各種受託合成、論文投稿料に使用する。人件費としては外国語論文の校閲や実験補助である。旅費は成果発表・研究打ち合わせに使用する。
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Research Products
(25 results)
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[Journal Article] Phosphodiesterase 4 inhibition enhances the dopamine D1 receptor/PKA/DARPP-32 signaling cascade in frontal cortex.2012
Author(s)
Kuroiwa, M., Snyder, G. L., Shuto, T., Fukuda, A., Yanagawa, Y., Benavides, D. R., Nairn, A. C., Bibb, J. A., Greengard P., and Nishi, A.
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Journal Title
Psychopharmacology
Volume: 219
Pages: 1065-1079
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Taurine inhibits the K+-Cl- cotransporter KCC2 to regulate embryonic Cl- homeostasis via the with-no-lysine (WNK) protein kinase signaling pathway.2012
Author(s)
Inoue, K., Furukawa, T., Kumada, T., Yamada, J., Wang, T., Inoue, R. and Fukuda A.
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Journal Title
The Journal of Biological Chemistry
Volume: 287
Pages: 20839-20850
Peer Reviewed
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[Journal Article] Decreased tonic inhibition in cerebellar granule cells causes motor dysfunction in a mouse model of Angelman syndrome.2012
Author(s)
Egawa, K., Kitagawa, K., Inoue, K., Takayama, M., Takayama, C., Saitoh, S., Kishino, T., Kitagawa, M., and Fukuda, A.
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Journal Title
Science Translational Medicine
Volume: 4
Pages: 163ra157
Peer Reviewed
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[Journal Article] Guidepost Neurons for the Lateral Olfactory Tract: Expression of Metabotropic Glutamate Receptor 1 and Innervation by Glutamatergic Olfactory Bulb Axons.2012
Author(s)
Hirata, T., Kumada, T., Kawasaki, T., Furukawa, T., Aiba, A. Conquet, F., Saga, Y., and Fukuda, A.
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Journal Title
Developmental Neurobiology
Volume: 72
Pages: 1559-1576
Peer Reviewed
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[Journal Article] Refuting the challenges of the developmental shift of polarity of GABA actions: GABA more exciting than ever!2012
Author(s)
Ben-Ari, Y., Woodin, M.A., Sernagor, E., Cancedda, L., Vinay, L., Rivera, C., Legendre, P., Luhmann, H.J., Bordey, A., Wenner, P., Fukuda, A., et al.
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Journal Title
Frontiers in Cellular Neuroscience
Volume: 6
Pages: 1-18
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[Presentation] γ-tubulin2の減少は線条体神経細胞のミトコンドリア機能障害を介し非定型パーキンソン病を発症させる.2012
Author(s)
堤 弘次, 久保亜紀子, 高木博, 赤津裕康, 紺野 在, 宮本裕子, 矢野育子, 山内大輔, 堀尾哲也, 宮川 剛, 宮嶋裕明, 福田敦夫, 他.
Organizer
第35回日本神経科学大会
Place of Presentation
名古屋
Year and Date
20120918-20120921
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[Presentation] Intracellular taurine inhibits the functioning of KCC2 protein by phosphorylation via with-no-lysine (WNK) protein kinase pathway.2012
Author(s)
Fukuda, A., Inoue, K., Furukawa, T., Yamada, J., Kumada, T., Wang, T., and Inoue, R.
Organizer
The 8th FENS Forum of Neuroscience
Place of Presentation
Barcelona, Spain.
Year and Date
20120714-20120718
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[Presentation] Pre- and post-synaptic switches of GABA actions in the spinal nucleus of the trigeminal nerve in a rat model of trigeminal neuropathic pain.
Author(s)
Kumada, T., Wei, B., Furukawa, T., Inoue, K., Watanabe, M., Sato, K., and Fukuda, A.
Organizer
The 12th Kyungpook-Hamamatsu Joint Medical Symposium Hamamatsu Meeting
Place of Presentation
Hamamatsu, Japan.
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