精神神経疾患を理解するシナプスのスクラップ＆ビルド

• 研究領域: スクラップ＆ビルドによる脳機能の動的制御
• 研究課題/領域番号: 16H06463
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 内匠 透 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (00222092)
• 研究分担者: 萬代 研二 北里大学, 医学部, 教授 (50322186)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2019年度)
• 配分額: 99,190千円 (直接経費: 76,300千円、間接経費: 22,890千円); 2019年度: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円); 2018年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2017年度: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円); 2016年度: 23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円)
• キーワード: シナプス / スパイン / モデルマウス

研究実績の概要

興奮性シナプスは、神経細胞樹状突起から突き出たサブミクロンの突起（スパイン）上に形成される。スパインの数は形成（ビルド）と破壊（スクラップ）の動的平衡によって決まり、発達期に増加し成長後にゆるやかに減少することが知られているがその分子基盤は未解明である。我々は自閉スペクトラム症（ASD）モデルマウスに共通する所見として大脳皮質の錐体細胞でのスパイン形成と破壊が共に亢進することを見出した。本研究では、自閉症原因遺伝子とその下流に焦点を当て、大脳皮質でのスクラップ＆ビルド機構の分子機序を明らかにし、行動解析やin vivoスパインイメージング法によってスクラップ＆ビルド現象の破綻と高次機能障害との関係を解明する。
自閉症モデルマウス（patDp/+）のスパイン動態の変容(大脳皮質の錐体細胞でのスパイン形成と破壊が共に亢進すること)に関わる分子として、２光子顕微鏡を用いたスパインのin vivoイメージング法を用いて、ヒト１５番染色体（15q11-13）父性重複領域に存在するNdnを同定した。またpatDp/+マウスのシナプトソームを用いたプロテオミクス解析を行うことにより、スパイン動態の変容に関わる蛋白質群の候補を得た。これらの結果から、スパイン動態と神経細胞の局所翻訳の連関が示唆された。
一方、シナプス・細胞接着に関する分子の機能解析では、自閉症患者のエクソームシーケンス解析から新規Neuroligin1自閉症変異を同定した。さらにCRISPR/Cas9法により患者変異を有する点変異ノックインマウスを作製した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

自閉症モデルマウスのスパイン動態の変容に関わる分子として、自閉症様行動がmatDp/+マウスではなくpatDp/+マウスに見られることから、父性発現遺伝子群（Mkrn3, Magel2, Ndn, Snrpn）を子宮内穿孔法により遺伝子導入することにより、大脳皮質に発現させた。これらのマウスの２光子顕微鏡によるスパインのin vivoイメージングをしたところ、父性発現遺伝子群のうちNdnを発現させた際にpatDp/+マウスのスパイン表現型と似た表現型を得たことにより、Ndnがその原因遺伝子として注目された。一方、patDp/+マウスのシナプトソームを用いたプロテオミクス解析の結果、タンパク合成に関わる分子が同定され、局所翻訳とスパイン動態のリンクが示唆された。

今後の研究の推進方策

自閉症患者のエクソームシーケンス解析により、シナプス形成に関わる分子として、新規Neuroligin1自閉症変異を見いだした。CRISPR/Cas9系を用いて本自閉症変異ノックインマウスを既に作製している。今後は本変異体のin vitro解析、さらに本モデルマウスの行動解析を含めた多面的解析を行う。

研究成果

• [雑誌論文] CHRONO integrates behavioral stress and epigenetic control of metabolism. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hatanaka F, Takumi T
  • 雑誌名: Ann Med 巻: 49 ページ: 352-356
  • DOI: 10.1080/07853890.2016.1276301
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Network Dynamics Mediate Circadian Clock Plasticity (2017)
  • 著者名/発表者名: Azzi A, Evans JA, Leise T, Myung J, Takumi T, Davidson AJ, Brown SA
  • 雑誌名: Neuron 巻: 93 ページ: 441-450
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2016.12.022
  • 査読あり / 国際共著/国際学会である / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ror2 signaling regulates Golgi structure and transport through IFT20 for tumor invasiveness. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishita, M., Park, S.-Y., Nishio, T., Kamizaki, K., Wang, Z., Tamada, K., Takumi, T., Hashimoto, R., Otani, H., Pazour, G.J., Hsu, V.W., and Minami, Y.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 7 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1038/s41598-016-0028-x
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Distinct Defects in Spine Formation or Pruning in Two Gene Duplication Mouse Models of Autism. (2017)
  • 著者名/発表者名: Wang M, Li H, Takumi T, Qiu Z, Xu X, Yu X, Bian WJ
  • 雑誌名: Neurosci Bull 巻: 33 ページ: 143-152
  • DOI: 10.1007/s12264-017-0111-8
  • 査読あり / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] Rodent models of genetic and chromosomal variations in psychiatric disorders. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nomura J, Kannan G, Takumi T
  • 雑誌名: Psychiatry Clin Neurosci 巻: - ページ: 508-517
  • DOI: 10.1111/pcn.12524
  • 査読あり / 国際共著/国際学会である / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Behavioral and neuroanatomical analyses in a genetic mouse model of 2q13 duplication (2017)
  • 著者名/発表者名: Kishimoto K, Nomura J, Ellegood J, Fukumoto K, Lerch JP, Moreno-De-Luca D, Bourgeron T, Tamada K, Takumi T
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 22 ページ: 436-451
  • DOI: 10.1111/gtc.12487
  • 査読あり / 国際共著/国際学会である / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unusual semi-extractability as a hallmark of nuclear body-associated architectural noncoding RNAs (2017)
  • 著者名/発表者名: Chujo T, Yamazaki T, Kawaguchi T, Kurosaka S, Takumi T, Nakagawa S, Hirose T
  • 雑誌名: EMBO Journal 巻: 36 ページ: 1447-1462
  • DOI: 10.15252/embj.201695848
  • 査読あり / 国際共著/国際学会である / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Serotonin rebalances cortical tuning and behavior linked autism symptoms in 15q11-13 CNV mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakai N, Nagano M, Saitow F, Watanabe Y, Kawamura Y, Kawamoto A, Tamada K, Mizuma H, Onoe H, Watanabe Y, Monai H, Hirase H, Nakatani J, Inagaki H, Kawada T, Miyazaki T, Watanabe M, Sato Y, Okabe S, Kitamura K, Kano M, Hashimoto K, Suzuki H, Takumi T
  • 雑誌名: Sci Adv 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Roles of afadin in the formation of the cellular architecture of the mouse hippocampus and dentate gyrus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyata M, Maruo T, Kaito A, Wang S, Yamamoto H, Fujiwara T, Mizoguchi A, Mandai K, Takai Y
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Neuroscience 巻: 79 ページ: 34-44
  • DOI: 10.1016/j.mcn.2016.12.007
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Aging-dependent expression of synapse-related proteins in the mouse brain (2017)
  • 著者名/発表者名: Shiotani H, Maruo T, Sakakibara S, Miyata M, Mandai K, Mochizuki H, Takai Y
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 22 ページ: 472-484
  • DOI: 10.1111/gtc.12489
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiple roles of afadin in the ultrastructural morphogenesis of mouse hippocampal mossy fiber synapses (2017)
  • 著者名/発表者名: Sai K, Wang S, Kaito A, Fujiwara T, Maruo T, Itoh Y, Miyata M, Sakakibara S, Miyazaki N, Murata K, Yamaguchi Y, Haruta T, Nishioka H, Motojima Y, Komura M, Kimura K, Mandai K, Takai Y, Mizoguchi A.
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: - ページ: 2719-2734
  • DOI: 10.1002/cne.24238
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural, super-resolution microscopy analysis of paraspeckle nuclear body organization (2016)
  • 著者名/発表者名: Wu M, Takemoto M, Taniguchi M, Takumi T, Okazaki T, Song WJ
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 311 ページ: 817-830
  • DOI: 10.1083/jcb.201601071
  • NAID: 120005893291
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] CHD8 haploinsufficiency results inautistic-like phenotypes in mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Katayama, Y., Nishiyama, M., Shoji, H., Ohkawa, Y., Kawamura, A., Sato, T., Suyama, M., Takumi, T., Miyakawa, T., Nakayama, K. I.
  • 雑誌名: Nature 巻: 537 号: 7622 ページ: 28636-28636
  • DOI: 10.1038/nature19357
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Exome sequencing in the knockin mice generated using the CRISPR/Cas system (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakajima K, Kazuno AA, Kelsoe J, Nakanishi M, Takumi T, Kato T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 34703-34703
  • DOI: 10.1038/srep34703
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] FUS/TLS acts as an aggregation-dependent modifier of polyglutamine disease model mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kino Y, Washizu C, Kurosawa M, Yamada M, Doi H, Takumi T, Adachi H, Katsuno M, Sobue G, Hicks GG, Hattori N, Shimogori T, Nukina N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 35236-35236
  • DOI: 10.1038/srep35236
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Localization of nectin-2delta at perivascular astrocytic endfoot processes and degeneration of astrocytes and neurons in nectin-2 knockout mouse brain. (2016)
  • 著者名/発表者名: Miyata M, Mandai K, Maruo T, Sato J, Shiotani H, Kaito A, Itoh Y, Wang S, Fujiwara T, Mizoguchi A, Takai Y, Rikitake Y
  • 雑誌名: Brain Research 巻: 1649 ページ: 90-101
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2016.08.023
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Necdin regulates spine dynamics in 15q duplication mode mice (2017)
  • 著者名/発表者名: 戸谷豪、福本景太、玉田紘太、田中慎二、三澤日出巳、岡部繁男、内匠透
  • 学会等名: 第１２２回日本解剖学会全国学術集会
  • 発表場所: 長崎大学、長崎
  • 年月日: 2017-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] Abnormal synapse dynamics in mouse models for autism spectrum disorders (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinji Tanaka, Masaaki Isshiki, Risa Iguchi, Shinji Urata, Shunsuke Mizutani, Toshihiko Kuriu, Katsuhiko Tabuchi, Toru Takumi, Shigeo Okabe
  • 学会等名: 第１２２回日本解剖学会全国学術集会
  • 発表場所: 長崎大学、長崎
  • 年月日: 2017-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] Copy number variation models with autism (2016)
  • 著者名/発表者名: Toru Takumi
  • 学会等名: 14th Meeting of the Asian-Pacific Society for Neurochemistry
  • 発表場所: Kuala Lumpur, Malaysia
  • 年月日: 2016-08-29
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [学会発表] Modeling autism (2016)
  • 著者名/発表者名: Toru Takumi
  • 学会等名: 第３９回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2016-07-22
  • 招待講演
• [学会発表] Homozygotes of model mice for human chromosome 15q11-q13 duplication show severe developmental abnormalities. (2016)
  • 著者名/発表者名: Jin Nakatani, Natsu Koyama, Seiji Hitoshi, Toru Takumi, Tomoko Kato, Ikuo Tooyama, Akihiko Shiino, Shigehiro Morikawa, Toshiro Inubushi
  • 学会等名: 第３９回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2016-07-20
• [学会発表] Neurobehavioral abnormalities in a mouse model for huma 15q25.2-25.3 deletion (2016)
  • 著者名/発表者名: Jun Nomura, Akifumi Kanda, Yusuke Sotomaru, Toru Takumi
  • 学会等名: 第３９回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2016-07-20
• [学会発表] Dosage-dependent cognitive dysfunctions in a genetic mouse model of 2q13 (Nphp1) duplication (2016)
  • 著者名/発表者名: Keiko Kishimoto, Jun Nomura, Kota Tamada, Thomas Bourgeron, Mereno Du Luca Daniel, Toru Takumi
  • 学会等名: 第３９回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2016-07-20
• [学会発表] Identification and functional characterization of a novel Neuroligin1 variant in autism spectrum disorder (2016)
  • 著者名/発表者名: Moe Nakanishi, Jun Nomura, Xiaoxi Liu, Takashi Arai, Eiki Takahashi, Maja Bucan, Li Zhou, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Toru Takumi
  • 学会等名: 第３９回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2016-07-20
• [学会発表] Phenotypic analysis of a mouse model for 15q25.2-25.3 deletion syndrome (2016)
  • 著者名/発表者名: Jun Nomura, Akifumi Kanda, Yusuke Sotomaru, Toru Takumui
  • 学会等名: 30th CINP World Congress of Neuropsychopharmacology
  • 発表場所: Seoul, South Korea
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際共著/国際学会である
• [学会発表] A novel mutation associated autism in Neuroligin1 (2016)
  • 著者名/発表者名: Moe Nakanishi, Takashi Arai, Maja Bucan, Xiao Ji, Xiaoxi Liu, Jun Nomura, Eiki Takahashi, Toru Takumi
  • 学会等名: 30th CINP World Congress of Neuropsychopharmacology
  • 発表場所: Seoul, South Korea
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際共著/国際学会である
• [学会発表] 自閉スペクトラム症の生物学的理解 (2016)
  • 著者名/発表者名: 内匠透
  • 学会等名: 第４６回日本神経精神薬理学会年会
  • 発表場所: Seoul, South Korea
  • 年月日: 2016-07-02
  • 招待講演
• [学会発表] 発達障害と相関する新規CNV(15q25.2-25.3)動物モデルの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野村淳、神田暁史、外丸祐介、内匠透
  • 学会等名: 第４６回日本神経精神薬理学会年会
  • 発表場所: Seoul, South Korea
  • 年月日: 2016-07-02
• [学会発表] Neuroligin1における自閉症関連変異の同定と機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 仲西萌絵、野村淳、Xiaoxi Liu、Maja Bucan、高橋英機、阿部学、li Zhou、崎村健司、内匠透
  • 学会等名: 第４６回日本神経精神薬理学会年会
  • 発表場所: Seoul, South Korea
  • 年月日: 2016-07-02