ストレスによる生殖機能低下をおこすGnRHニューロンへのGABA入力の可塑的変化

• 研究課題/領域番号: 16K08523
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境生理学(含体力医学・栄養生理学)
• 研究機関: 浜松医科大学
• 研究代表者: 渡部 美穂 浜松医科大学, 医学部, 助教 (10399321)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: GABA / GnRHニューロン / KCC2 / 生殖 / 視床下部 / クロライド / NKCC1 / 神経内分泌 / ストレス / 神経内分泌学

研究成果の概要

性周期を制御しているGnRHニューロンではGABAが興奮性に作用しているが、GnRHニューロンでKCC2を発現させ、細胞内クロライド濃度を低下させることにより、カルシウムオシレーションがみられなくなったことから、ストレスによりGnRHニューロンの細胞内クロライド恒常性維持機構が破綻し、GABAによる制御が正常に行われないことが、生殖機能の低下を引き起こす可能性が考えられた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究ではGnRHニューロンの機能不全による生殖機能低下のメカニズムの一端を明らかにすることができた。ストレスや栄養状態の低下による体重減少などにより、視床下部-下垂体の機能が低下し、無月経や無排卵になる中枢性排卵障害の原因の一つにGnRHニューロンの機能不全が考えられる。ヒトのGnRHニューロンへもGABA入力があることがわかっており、細胞内クロライド濃度維持機構の破綻とGnRHニューロンの機能不全との関連性を示唆した本研究の成果は無排卵や不妊症などの治療、新たな治療薬開発への貢献が考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] Hungarian Academy of Sciences(ハンガリー)
• [国際共同研究] Yale School of Medicine(米国)
• [国際共同研究] Hungarian Academy of Sciences(ハンガリー)
• [雑誌論文] Developmentally regulated KCC2 phosphorylation is essential for dynamic GABA-mediated inhibition and survival. (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Zhang J, Mansuri MS, Duan J, Karimy JK, Delpire E, Alper SL, Lifton RP, Fukuda A, Kahle KT.
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 12 号: 603
  • DOI: 10.1126/scisignal.aaw9315
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pathogenic potential of human SLC12A5 variants causing KCC2 dysfunction. (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuda A and Watanabe M
  • 雑誌名: Brain Research 巻: 1710 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2018.12.025
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Time-controllable Nkcc1 knockdown replicates reversible hearing loss in postnatal mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watabe T, Xu M, Watanabe M, Nabekura J, Higuchi T, Hori K, Sato MP, Nin F, Hibino H, Ogawa K, Masuda M, Tanaka KF
  • 雑誌名: Science Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 13605-14007
  • DOI: 10.1038/s41598-017-13997-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A novel GABA-mediated corticotropin-releasing hormone secretory mechanism in the median eminence. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa K, Watanabe M, Mutoh H, Okawa Y, Yamashita M, Yanagawa Y, Itoi K, Suda T, Oki Y. and Fukuda A.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 2 号: 8 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1126/sciadv.1501723
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impaired neuronal KCC2 function by biallelic SLC12A5 mutations in migrating focal seizures and severe developmental delay. (2016)
  • 著者名/発表者名: Saitsu H, Watanabe M, Akita T, Ohba C, Sugai K, Ong WP, Shiraishi H, Yuasa S, Matsumoto H, Beng KT, Saitoh S, Miyatake S, Nakashima M, Miyake N, Kato M, Fukuda A. and Matsumoto N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 30072-30072
  • DOI: 10.1038/srep30072
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Developmentally regulated KCC2 phosphorylation is essential for dynamic GABA-mediated inhibition and survival. (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Kahle KT, Fukuda A
  • 学会等名: 第97回日本生理学会大会
• [学会発表] 発達期のCRHニューロン制御機構におけるGABAの役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂、柿沢圭亮、福田敦夫
  • 学会等名: NINS分野融合型共同事業ワークショップ
• [学会発表] Excitatory GABAergic inputs to GnRH neurons are required for estrous cyclicity. (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Fukuda A
  • 学会等名: The 19th Kyungpook-Hamamatsu Joint Medical Symposium Hamamatsu Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Excitatory GABAergic inputs to GnRH neurons are required for female reproduction. (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Fukuda A
  • 学会等名: Society for Neuroscience 49th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 抑制性神経伝達を維持するカリウム-クロライド共役担体(KCC2)のリン酸化による制御の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂、Kahle KT、福田敦夫
  • 学会等名: 第66回中部生理学会
• [学会発表] A KCC2 phospho-switch is essential for dynamic GABA-mediated inhibition and postnatal survival. (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Zhang J, Mansuri M, Duan J, Kahle KT, Fukuda A
  • 学会等名: 第42回日本神経科学大会、第62回日本神経化学会大会、新潟
• [学会発表] Excitatory GABAergic inputs to GnRH neurons are required for female reproduction. (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Nabekura J, Fukuda A
  • 学会等名: The 18th Kyungpook-Hamamatsu Joint Medical Symposium Hamamatsu Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Developmental regulation of KCC2 phosphorylation is essential for GABA signaling and survival. (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Zhang J, Mansuri M, Duan J, Kahle KT, Fukuda A
  • 学会等名: 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • 国際学会
• [学会発表] CRH release regulation by GABAergic projection from arcuate nucleus using chemogenetic model. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yesmin R, Watanabe M, Fukuda A
  • 学会等名: 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • 国際学会
• [学会発表] GABAによる抑制性伝達におけるカリウム-クロライド共役担体(KCC2)のリン酸化による機能制御の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂、Zhang J、Mansuri M、Duan J、Kahle KT、福田敦夫
  • 学会等名: 第65回中部生理学会
• [学会発表] Development of chemogenetic model to study physiological roles of the GABAergic projection from arcuate nucleus to the CRH nerve terminals (2018)
  • 著者名/発表者名: Yesmin R, Watanabe M, Fukuda A
  • 学会等名: 第65回中部生理学会
• [学会発表] 生殖腺刺激ホルモン放出ホルモン(GnRH)ニューロン特異的にKCC2を発現させたマウスでは生殖機能に異常がみられる (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂、鍋倉淳一、福田敦夫
  • 学会等名: 第95回日本生理学会
• [学会発表] The role of excitatory action of GABA in the regulation of reproduction (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Nabekura J, Fukuda A
  • 学会等名: The 94th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • 発表場所: Hamamatsu
  • 年月日: 2017-03-30
• [学会発表] Mild functional impairment of neuronal K+-Cl－ cotransporter KCC2 by biallelic mutations causes migrating focal seizures and severe developmental delay (2017)
  • 著者名/発表者名: Akita T, Saitsu H, Watanabe M, Matsumoto N, Fukuda A
  • 学会等名: The 94th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • 発表場所: Hamamatsu
  • 年月日: 2017-03-29
• [学会発表] Constitutive phosphomimetic inhibition of KCC2 at Thr906/Thr1007 causes GABAdependent network excitability, seizure, and early postnatal death. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Duan J, Mansuri M. Zhang J, Fukuda A, Kahle KT.
  • 学会等名: Society for Neuroscience 47th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] KCC2 dysfunction underlying infantile and neonatal seizures in an animal model. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukuda A, Watanabe M, Akita T.
  • 学会等名: 第51回日本てんかん学会学術集会
• [学会発表] 生殖腺刺激ホルモン放出ホルモン(GnRH)ニューロンの制御における興奮性GABA入力の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂、鍋倉淳一、福田敦夫
  • 学会等名: 第64回中部日本生理学会
• [学会発表] Conditional upregulation of the KCC2 membrane transporter in a transgenic mouse and the effects on neuronal excitability in vitro (2016)
  • 著者名/発表者名: Goulton CS, Wang K, Khoshaba A, Watanabe M, Nabekura J, Moorhouse AJ
  • 学会等名: Society for Neuroscience 46h Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego
  • 年月日: 2016-12-16
• [学会発表] The effect of upregulated KCC2 expression on chemically induced seizures and diazepam therapy in vivo (2016)
  • 著者名/発表者名: Cheung DL, Goulton CS, Watanabe M, Nabekura J, Moorhouse AJ
  • 学会等名: Society for Neuroscience 46h Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego
  • 年月日: 2016-12-16
• [学会発表] 乳児焦点移動性部分発作はSLC12A5遺伝子の両アレル変異によるカリウム-クロライド共役担体(KCC2)機能の低下により引き起こされる (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂、秋田天平、才津浩智、松本直通、福田敦夫
  • 学会等名: 第63回中部生理学会
  • 発表場所: Okazaki
  • 年月日: 2016-11-04
• [学会発表] Impaired neuronal KCC2 function by biallelic SLC12A5 mutations in migrating focal seizures and severe developmental delay (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Akita T, Saitsu H, Matsumoto N, Fukuda A
  • 学会等名: The 13th Korea-Japan Joint Symposium of Brain Sciences, and Cardiac and Smooth Muscle Sciences
  • 発表場所: Saga
  • 年月日: 2016-08-24
• [学会発表] A novel excitatory GABAergic input from the arcuate nucleus to the median eminence involved in CRH release (2016)
  • 著者名/発表者名: Fukuda A, Kakizawa K, Watanabe M, Mutoh H, Okawa Y, Yamashita M, Yanagawa Y, Itoi K, Suda T, Oki Y
  • 学会等名: The 13th Korea-Japan Joint Symposium of Brain Sciences, and Cardiac and Smooth Muscle Sciences
  • 発表場所: Saga
  • 年月日: 2016-08-22
• [学会発表] Partial loss of neuronal KCC2 function by biallelic SLC12A5 mutations causes migrating focal seizures and developmental delay (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂、秋田天平、才津浩智、松本直通、福田敦夫
  • 学会等名: The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2016-07-22
• [学会発表] The excitatory GABA action at the median eminence maintains the steady-state release of corticotropin-releasing hormone (2016)
  • 著者名/発表者名: Fukuda A, Kakizawa K, Watanabe M, Mutoh H, Okawa M, Yamashita M, Yanagawa Y, Itoi K, Suda T, Oki Y
  • 学会等名: 10th Forum of European Neuroscience
  • 発表場所: Copenhagen
  • 年月日: 2016-07-03
• [図書] Neuronal Chloride Transporters in Health and Disease Chapter 11. Post-translational modification of neuronal chloride transporters (2020)
  • 著者名/発表者名: Miho Watanabe, Atsuo Fukuda
  • 出版者: Elsevier
• [備考] 神経生理学講座
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/education/fac-med/dept/neurophysiology/index.html
• [備考] 浜松医科大学神経生理学講座 研究活動
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/education/fac-med/dept/neurophysiology/res-act/index.html
• [備考] 神経生理学講座ホームページ
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/uni_education_igakubu_igaku_seiri1.html