2015 Fiscal Year Annual Research Report
発達期低タンパク質栄養摂取による統合失調症関連行動異常誘発の分子基盤
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26292071
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
古屋 茂樹 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (00222274)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
立川 正憲 東北大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (00401810)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 栄養学 / 食品 / 脳神経疾患 / アミノ酸 / タンパク質 / 発達期低栄養 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，発達期の低タンパク質栄養制限が成熟期おいて統合失調症に伴う感覚情報フィルタリング機能障害を導く分子基盤の解明を目的としている。研究代表者は妊娠期から授乳期まで雌性マウスにタンパク質制限食（通常の1/2量）を与えることで，次世代のF1マウスにおいて同機能を評価する行動試験であるプレパルス抑制（PPI）が雌性制限群特異的に障害されていることを明らかにした。その表現型に係る分子機序の解明を目指し，平成26年度マイクロアレイによる大脳皮質での網羅的遺伝子発現解析に着手，雌性制限群と対照群の間に約数千に及ぶ遺伝子の発現変化を見いだした。平成27年度では詳細にその発現変化について検討を行なった。さらに懸案だった血液能関門の解析も実験条件を最適化することによって実施できた。具体的に以下の項目について成果を得た。
1）雌性制限群特異的PPI障害に関与する候補分子群の絞り込み：マイクロアレイによって同定された雌性制限群脳で発現変化遺伝子は，神経伝達機能，細胞内代謝，情報伝達，転写制御等の多様な遺伝子を含んでいた。比較発現解析から，雌性特異的に変化している情報伝達経路を同定することが出来た。この経路の構成分子は，ヒト統合失調症患者死後脳での発現変化が報告されている。さらに雌性制限群において細胞内代謝経路の減弱をタンパク質レベルで確認できた。
2）血液脳関門アミノ酸輸送体発現解析：制限群及び対照群の雌雄個体脳から脳血管細胞を調製し，絶対定量プロテオミクス解析に供した。その結果，当初予想していたLAT等のアミノ酸輸送体は雌雄の制限群において発現量に有意な変化は認められなかった。しかし雌性制限群特異的に増加している輸送体2種を同定した。これらの輸送体には，甲状腺ホルモンを基質とするものが含まれていた。ヒト統合失調症患者ではで血中甲状腺ホルモン濃度変化例が報告されていることから関連が示唆された。
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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
平成27年度は，前年度に実施したマイクロアレイ解析結果について，統合失調症との関連が報告されている神経機能及び代謝制御関連遺伝子を中心にmRNA及びタンパク質発現についてより詳細に検討を行った。その結果，既に同定済みの神経栄養因子に加え，雌性特異的に変化している情報伝達経路を同定し，その中でも鍵となる分子の活性低下をタンパク質レベルで確認できた。この分子は，ヒト統合失調症患者死後脳での発現変化が報告されており，PPI障害との関連を推定している。一方で雌雄制限群共通に，対照群に比べて一群の最初期遺伝子の発現が低下していることも見いだし，神経機能全般の低下を呈すことを確認した。すなわち発達期低タンパク質栄養の影響は雌雄で異なった脳内分子発現・機能変化を生じさせ，その影響は当初の予想よりも広範囲に及び事が明らかになった。これらは予想外の発見であり，発達期タンパク質栄養の重要性を改めて示すことができた。
さらに血液脳関門アミノ酸輸送体発現解析からは，代謝調節作用を持つ甲状腺ホルモンを基質とする輸送体の発現変化を見いだした。ヒト統合失調症患者において同ホルモン量の変化例があることから，表現型との関係性を推定している。雌性制限群は血中及び脳内で遊離アミノ酸の不均衡状態を呈すが，その原因は当初予想していた血液脳関門でのアミノ酸輸送体発現変化では無く，末梢臓器及び脳内での代謝変化に起因することが推定された。一方で，昨年度見いだした制限群雌性ホルモン変化の原因として卵巣での分子及び形態変化を予想したが，雌性ホルモン産生関連酵素類の発現や卵巣内部形態に顕著な変化は認められなかった。そこで性周期を同定した上で雌性ホルモン測定を再度実施することとし，再度その調製を行った。これらの進捗状況より，検討すべき課題について一定の結果が得られ，予想以上の変化も発見したことから，概ね順調に進展したと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は昨年度の進捗状況を踏まえて，下記3項目の実施を計画している。1）から3）はこれまでの知見から着目している要因であり，個別に解析を進める。最終年度であるため，それらの結果の統合から表現型を支配する分子基盤の解明を目指す。
1）雌性制限群特異的PPI障害に関与する候補分子群からの責任分子の同定：平成27年度に見いだした雌性制限群大脳で特異的に変化している情報伝達経路分子のPPI障害への寄与を検討し，ヒト統合失調症死後脳解析などの結果とも対応させながら，これらの変化の上流因子（機構）の同定と障害発症との連関を明らかにする。さらにアミノ酸不均衡発症機序との連関も検討する。また，平成27年度の解析から，雌雄制限群共通な神経伝達機能の減弱が推定されたため，その詳細について分子（タンパク質）レベルでの発現変化を明らかにすることで，分子機序を探索する。2）血液脳関門甲状腺ホルモン輸送体発現変化とPPI障害との連関について，甲状腺ホルモンレベル変化の測定，脳内での甲状腺ホルモン受容体（核内受容体）の標的遺伝子発現変化について解析を行い，PPI障害との連関を探る。3）雌性ホルモン変化の再現性を確認し，そのPPI障害への寄与を明らかにする。
上記1）－3）の解析によって得られた結果を統合することで，雌性制限群特異的なPPI障害発症に係る最も合理的で妥当な分子機序の解明を目指す。
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Research Products
(5 results)
