環境ストレスに対する生体応答におけるGABAシステムの多元的役割

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25293052
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Hamamatsu University School of Medicine
• Principal Investigator: 福田 敦夫 浜松医科大学, 医学部, 教授 (50254272)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: GAD67 / タウリントランスポーター / 神経発生 / 細胞移動 / GABA / タウリン / 母体ストレス / トニックカレント

Research Abstract

【遺伝的素因（GAD67ヘテロ欠損）と環境的素因（妊娠）の交互作用の母体における検討】妊娠・非妊娠で血中ACTHをRIA測定した。非妊娠ではヘテロで野生型より有意に低かった。CRHはqPCRで、妊娠により視床下部でヘテロで野生型より有意に低くなったが、胎盤ではヘテロと野生型で差はなかった。　【母体拘束ストレスと遺伝的素因（GAD67ヘテロ欠損）交互作用の仔における検討】妊娠15日目から45分の拘束・光刺激ストレスを3回/日X3日野生型母マウスに与え、同腹の野生型仔で生後21日に免疫組織化学を行ったところ、ヘテロ仔で見られたパルブアルブミン陽性細胞の減少を認めず、交互作用が示唆された。　【神経発達障害リスクとしての胎仔脳内タウリン欠乏の検討】モデルとなるTauT-KO マウス胎仔脳のタウリン含有量をHPLCで測定したところ、野生型12.0、ヘテロ8.4、ホモ 0.5 μM/100 mg proteinであったが、対照的にGABA量（0.05）に変化はなかった。　【母体拘束ストレスGAD67ヘテロ欠損胎仔脳の神経細胞の発生・移動の解析】BrdUによる細胞分裂アッセイでは脳室帯の神経発生はストレスの有無で差はなく、GABA細胞発生のみストレスで減少した。細胞移動は皮質板細胞もGABA細胞もストレスの影響はなかった。　【母体拘束ストレスとGAD67ヘテロ欠損交互作用モデル脳の網羅的DNAメチル化解析】生後21日齢の前頭葉を、ストレスの有無とGAD67遺伝型で「無、野生型」「無、ヘテロ」「有、野生型」「有、ヘテロ」に分け、PBAT法で網羅的DNAメチル化解析を行った結果、多数の遺伝子DNAにメチル化状態の変化がみられた。　【成長後の上記モデル動物の行動学的評価】生後8週齢の仔マウスにopen field testを行った。ストレスの有無、GAD67遺伝型、雌雄で8群に分け解析した。ヘテロで活動量や立ち上がり動作の回数がストレスにより変化する傾向があった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

現在までの達成度
前年度の当初の計画であった、１．遺伝的素因（GAD67ヘテロ欠損）と環境的素因（妊娠）の交互作用の母体における検討：　２．母体拘束ストレスと遺伝的素因（GAD67ヘテロ欠損）交互作用の仔における検討：　３．神経発達障害リスクとしての胎仔脳内タウリン欠乏の検討：　４．モデル動物胎仔脳の神経細胞の発生・移動の解析：　５．モデル動物脳の網羅的DNAメチル化解析：　６．成長後のモデル動物の行動学的評価：　について、予定の大部分を実行でき、特に予定した計画の大きな変更もなく、予定通り残りの実験を今年度と来年度で達成するめどができた。行動実験に関しては、さらに前頭葉機能に焦点を当てた解析を行う必要があると判断し、IntelliCageを用いて、spatial learning, reversal learning, simple reaction time task, premature responseの行動実験を行なう。また、網羅的DNAメチル化解析に関しては、昨年度に世代シーケンサーを用いて網羅的DNAメチル化解析を行ったので、その結果について今年度中に詳細な解析を行う予定である。

Strategy for Future Research Activity

１．母体拘束ストレスとGAD67ヘテロ欠損交互作用の神経発生における検討：妊娠15日目から45分の拘束ストレスと光刺激ストレスを毎日3回3日間、野生型母マウスに与え、同腹のGAD67+/+仔でBrdUによる細胞発生日のアッセイを行い、GAD67+/GFPと比較することにより、仔の神経発生におけるGAD67ヘテロ欠損の影響を証明する。またGAD67+/GFP仔では、GAD67+/+より、有意にcorticosterone濃度が高いので不活化酵素である11β-hydroxysteroid dehydrogenese II (11β-HSD2)を各々の胎盤でqPCRして比較する。
２．神経発達障害リスクとしての胎仔脳内タウリン欠乏の検討：胎仔脳でのタウリンの生理機能を検討するため、TauT-KO マウスを利用して、神経発達に関与するWNK－SPAK/OSR1のリン酸化を野生型と比較する。
３．モデル動物脳の網羅的DNAメチル化解析：２５年度に、生後21日齢のモデル動物の前頭葉、海馬、体性感覚野を回収し、「ストレス無、GAD67 +/+」「ストレス無、GAD67+/GFP 」と「ストレス有、GAD67 +/+」「ストレス有、GAD67 +/GFP」でPBAT法を用い、次世代シーケンサーを用いて網羅的DNAメチル化解析を行った。それらの結果について詳細な解析を行う。
４．成長後のモデル動物の行動学的評価：生まれた仔は里親に飼育させ、母マウスのストレスの影響を排除したうえで、生後8週齢に達した時点でIntelliCageを用いて、spatial learning, reversal learning, simple reaction time task, premature responseの行動実験を行ない、雌雄、ストレスの有無、GAD67 genotype別に解析する。

Research Products

• [Journal Article] Accumulation of GABAergic neurons, causing a focal ambient GABA gradient, and downregulation of KCC2 are induced during microgyrus formation in a mouse model of polymicrogyria. (2014)
  • Author(s): Wang, T., Kumada, T., Morishima, T., Iwata, S., Kaneko, T., Yanagawa, Y., Yoshida, S. and Fukuda, A.
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: 24 Pages: 1088-1101
  • DOI: doi:10.1093/cercor/bhs375
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Activity-dependent endogenous taurine release facilitates excitatory neurotransmission in the neocortical marginal zone of neonatal rats. (2014)
  • Author(s): Qian, T., Chen, R., Nakamura, M., Furukawa, T., Kumada, T., Akita, T., Kilb, W., Luhmann, H. J., Nakahara, D., Fukuda, A.
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience Volume: 8 Pages: ―
  • DOI: doi: 10.3389/fncel.2014.00033
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 胎児脳発達における母体ストレスの影響：特に抑制性神経との関係について. (2014)
  • Author(s): 福田敦夫.
  • Journal Title: ベビーサイエンス Volume: 13 Pages: 2-24
• [Journal Article] De novo mutations in GNAO1 encoding a Gαo subunit of heterotrimeric G proteins, cause epileptic encephalopathy. (2013)
  • Author(s): Nakamura, K., Kodera, H., Akita, T., Shiina, M., Kato, M., Hoshino, H., Terashima, H., Osaka, H., Nakamura, S., Kumada, T., Furukawa, T., Iwata, S., Shiihara, T., Miyatake, S., Koshimizu, E., Nishiyama, K., Nakashima, M., Tsurusaki, Y., Miyake, N., Hayasaka, K., Ogata, K., Fukuda, A., Matsumoto, N. and Saitsu, H.
  • Journal Title: The American Journal of Human Genetics Volume: 93 Pages: 496-505
  • DOI: doi:10.1016/j.ajhg.2013.07.014.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cl- homeodynamics in gap-junction-coupled astrocytic networks on activation of GABAergic synapses. (2013)
  • Author(s): Egawa, K., Yamada, J., Furukawa, T., Yanagawa, Y. and Fukuda, A.
  • Journal Title: The Journal of Physiology Volume: 591 Pages: 3901-3917
  • DOI: doi: 10.1113/jphysiol.2013.257162
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pre- and post-synaptic switches of GABA actions associated with Cl- homeostatic changes are induced in the spinal nucleus of the trigeminal nerve in a rat model of trigeminal neuropathic pain. (2013)
  • Author(s): Wei, B., Kumada, T., Furukawa, T., Inoue, K., Watanabe, M., Sato, K. and Fukuda, A.
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 228 Pages: 334-348
  • DOI: doi:10.1016/j.neuroscience.2012.10.043
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modulation of allopregnanolone on excitatory transmitters release from single glutamatergic terminal. (2013)
  • Author(s): Iwata, S., Wakita, M., Shin, M., Fukuda, A. and Akaike, N.
  • Journal Title: Brain Research Bulletin Volume: 93 Pages: 39-46
  • DOI: doi: 10.1016/j.brainresbull.2012.11.002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pathophysiological power of improper tonic GABAA conductances in mature and immature models. (2013)
  • Author(s): Egawa, K. and Fukuda, A.
  • Journal Title: Frontiers in Neural Circuits Volume: 7 Pages: ―
  • DOI: doi:10.3389/fncir.2013.00170
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A perturbation of multimodal GABA functions underlying the formation of focal cortical malformations: assessments by using animal models. (2013)
  • Author(s): Fukuda, A. and Wang, T.
  • Journal Title: Neuropathology Volume: 33 Pages: 480-486
  • DOI: doi: 10.1111/neup.12021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] アンジェルマン症候群の運動障害と小脳での持続性抑制の低下. (2013)
  • Author(s): 江川 潔、福田敦夫.
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 31 Pages: 914-917
• [Presentation] Visualization of the glutamate release in the mouse retina. (2014)
  • Author(s): Mahito Ohkuma, Kayo Horio, Makoto Kaneda, Sachiko Yoshida, Atsuo Fukuda, Ei-ichi Miyachi.
  • Organizer: 第91回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島
  • Year and Date: 20140316-20140318
• [Presentation] Cl- homeodynamics in astrocytic networks on activation of tripartite GABAergic synapses. (2013)
  • Author(s): Fukuda, A., Egawa, K., Yamada, J., Furukawa, T. and Yanagawa, Y.
  • Organizer: Society for Neuroscience 2013
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 20131109-20131113
• [Presentation] Developmental changes in the respiration-related rhythmic activity in mouse hypoglossal nucleus. (2013)
  • Author(s): 岡部明仁, 荒田晶子, 清水-岡部千草, 小西史朗, 福田敦夫, 高山千利.
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20130620-20130623
• [Presentation] Taurine is involved in the regulation of the intrinsic properties of the neural progenitors as a possible ligand of GABAA receptors in the mouse developing neocortex. (2013)
  • Author(s): 栃谷史郎, 古川智範, 福田敦夫.
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20130620-20130623
• [Presentation] Modulation of excitatory action of GABA in GnRH neurons in vivo cause impairment of fertility. (2013)
  • Author(s): 渡部美穂、鍋倉淳一、福田敦夫.
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20130620-20130623
• [Presentation] Activity dependent release of taurine facilitates the excitatory neurotransmission in the marginal zone of developing cerebral cortex. (2013)
  • Author(s): 熊田竜郎, 千 太哲, 中村直人, 古川智範, 山田順子, 秋田天平, Welner Kilb, Heiko, J. Luhmann, 中原大一郎, 福田敦夫.
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20130620-20130623
• [Presentation] Valproate application to rat fetus changes developing GABA release and neuronal differentiation. (2013)
  • Author(s): 吉田祥子, 田野崎真, 福田敦夫, 笛田由紀子, 関野祐子.
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20130620-20130623
• [Presentation] 母体ストレスとGABA合成酵素減少による仔脳の病的所見 GAD67遺伝子ヘテロ欠損仔への母体ストレスが生後脳のPV陽性GABA細胞を特異的に減少させる. (2013)
  • Author(s): 内田 琢, 古川智範, 岩田暁美, 柳川右千夫, 福田敦夫.
  • Organizer: 日本赤ちゃん学会第13回学術集会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 20130525-20130526
• [Presentation] Maternal taurine as a modulator of fetal brain’s Cl- homeostasis.
  • Author(s): Fukuda, A.
  • Organizer: 93rd DPG Annual Meeting
  • Place of Presentation: Mainz, Germany
  • Invited
• [Presentation] Diminished tonic GABAA inhibition attributable to decreased GAT1 degradation in cerebellar granule cells in a model of Angelman syndrome (Ube3am-/p+ mice).
  • Author(s): 福田敦夫, 江川 潔.
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] Developmental Cl- homeodynamics underlying neonatal seizures.
  • Author(s): Fukuda, A.
  • Organizer: Pediatric Academic Societies (PAS) Annual Meeting
  • Place of Presentation: Washington DC, USA
  • Invited
• [Presentation] Maternal taurine as a modulator of GABAA receptor and Cl- homeostasis during perinatal period.
  • Author(s): Fukuda, A.
  • Organizer: The 15th International Symposium on Neonatal Seizures and Related Disorders (ISNS)
  • Place of Presentation: 東京
  • Invited
• [Book] Chloride homeodynamics underlying pathogenic modal shifts of GABA actions. Chapter 46. Cellular Migration and Formation of Neuronal Connections (2013)
  • Author(s): Fukuda, A.
  • Total Pages: 1080(857-878)
  • Publisher: Academic Press
• [Book] Multimodal GABAA receptor functions on cell development. Chapter 50. Cellular Migration and Formation of Neuronal Connections (2013)
  • Author(s): Fukuda, A. Nakanishi, Y., Kumada, T. and Furukawa, T.
  • Total Pages: 1080(921-939)
  • Publisher: Academic Press
• [Remarks] 浜松医科大学神経生理学講座
  • URL: http://www.hama-med.ac.jp/uni_education_igakubu_igaku_seiri1.html