Interaction of Myelin-Axon reveled new pathological mechanism in angelman syndrome

• Project/Area Number: 22K07868
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52050:Embryonic medicine and pediatrics-related
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 大谷 嘉典 島根大学, 学術研究院医学・看護学系, 助教 (30815973)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古賀 浩平 兵庫医科大学, 医学部, 准教授 (50768455)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: アンジェルマン症候群 / myelin / axon initial segment / オリゴデンドロサイト / オリゴデンドロサイト前駆細胞 / Myelin / para-AIS / AIS / Angelman syndrome / node of Ranvier

Outline of Research at the Start

ヒト15番染色体内にはUBE3A遺伝子が含まれ、その母性欠失により、指定難病のアンジェルマン症候群(以下AS)を発症する。これまで、ASではニューロンの異常が発症の主原因と考えられてきたが、最近になりAS患者やASモデルマウスにおいて、ミエリン量の低下が報告され、ミエリン（オリゴデンドロサイト）の異常も病態に関わることが強く示唆されている。そこで本研究では、ミエリン量の低下を起点として、オリゴデンドロサイト特異的Ube3a遺伝子改変マウスを用い、「軸索起始部・パラ軸索起始部・ミエリン」の３つの構造の位置制御に、UBE3Aがどのように関与するかを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

Ubiquitin Protein Ligase E3A（以下Ube3a）遺伝子は、その母性欠失により、重度な発達障害や自閉スペクトラム症様症状を呈するアンジェルマン症候群(Angelman syndrome: 指定難病２０1番) を発症する (Rotaru DC, Neuroscience 2020) 。
これまでの研究により、ニューロン特異的な母性由来 Ube3a 発現の変化が病態の原因となると考えられてきた。しかし、神経幹細胞特異的 Ube3a ノックアウト（以下 KO）マウスでは、母方Ube3a KOマウス（アンジェルマン症候群モデルマウス）の行動異常等の表現型を再現できるが、抑制性および興奮性のニューロン特異的 Ube3a KO マウスではその症状は比較的軽く、また両者の表現型を合わせても、完全には母方Ube3a KOマウスの表現型を再現しない（Judson MC, Neuron 2016）。このことは、アンジェルマン症候群の病態にグリア細胞の異常も関わっていることを示唆している。
申請者は母性由来のUbe3aを欠失したASモデルマウスを用いて、軸索起始部に着目して研究を行い、mPFC（内側前頭前野）、V層錐体細胞の軸索起始部の延長を見いだした。軸索起始部は、ミエリンと接するパラ軸索起始部と排他的な位置関係にある。
そこで本研究では、ミエリン量の低下と軸索起始部の延長を研究の起点として、錐体細胞あるいは、オリゴデンドロサイト特異的Ube3a遺伝子改変マウスを用い、２細胞間で形成される「軸索起始部・パラ軸索起始部・ミエリン」の３つの構造の位置制御に、UBE3Aがどのように関与するかを明らかにする。本研究成果は、新しいASの病態メカニズムの解明に直結する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

現在まで、軸索起始部とパラ軸索起始部の長さを野生型マウスとアンジェルマン症候群モデルマウスにて計測を行い、優位に軸索起始部とパラ軸索起始部を含めた長さが増加していることが明らかとなった。これと並行して、脳梁における成熟したオリゴデンドロサイトの数を計測したところ、優位に成熟したオリゴデンドロサイトの数が減少していることが明らかとなり、Ube3aの発現量の低下がオリゴデンドロサイトによるミエリン形成および分化に対して異常を引き起こすことが明らかとなった。以上のことから、アンジェルマン症候群ではニューロンおよびオリゴデンドロサイトの両者の異常が病態に関連することが示唆された。

Strategy for Future Research Activity

現在、あらたに細胞特異的な異常を解析するために、ニューロンおよびオリゴデンドロサイト系譜細胞特異的なUBE3a欠損マウス(Ube3a flox::Rbp4-CreおよびUbe3a flox; PDGFRa-Cre)を作製し、それらマウスを用いることで細胞特異的にUbe3aを欠損させることができ、アンジェルマン症候群の病態の責任細胞の同定を行うことを予定している。