疾患原因遺伝子変異から探る細胞膜興奮性制御の統合的生理機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17K08534
• 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: 生理学一般
• 研究機関: 浜松医科大学
• 研究代表者: 秋田 天平 浜松医科大学, 医学部, 教授 (00522202)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 発達性てんかん性脳症 / 難治性てんかん / 疾患原因遺伝子変異 / 電位依存性カリウムチャネル / 遺伝子改変マウス / 大脳皮質 / 錐体神経 / 神経発火活動 / KCNB1 / CRISPR-Cas9 / 電位依存性 / カリウムチャネル / 疾患原因遺伝子 / 液胞型プロトンポンプ / シナプス小胞 / 胎生期 / 電位依存性イオンチャネル / タウリン / 細胞膜興奮性 / てんかん / 変異導入マウス / 招待総説 / イオンチャネル病 / 神経前駆細胞 / 脳低形成 / 統合失調症 / 自閉症 / Gad1 / WNK3 / 遺伝子変異 / 神経発達障害 / Canopy3 / CaMKII / Kv4 / シナプス可塑性 / 生理学 / 脳神経疾患 / 神経科学 / 遺伝子

研究成果の概要

本研究で我々は、発達性てんかん性脳症（DEE）をはじめとする、種々の重度難治性てんかん疾患の原因遺伝子変異について、変異による疾患発症機序を詳細に検討し、また新規原因遺伝子変異の探索も行った。先ず、以前我々が報告した電位依存性カリウムチャネルKCNB1（Kv2.1）のDEEを引き起こす変異について、患者と同じ変異を導入した遺伝子改変マウスの作成に成功し、そのマウスの大脳皮質錐体神経で、正常とは異なる連続発火パターンが明らかになった。また、新たに4種類の原因遺伝子変異を、患者の遺伝子解析と変異の機能解析により同定して報告した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

かつて原因不明とされていた、乳幼児・小児期発症の治療抵抗性てんかんを伴う重度の神経発達障害は、その多くが遺伝子変異によると考えられ、近年の次世代シークエンサーの普及を通じて挙がった候補に対して機能解析を集中的に行うことにより、実際に数多くの原因遺伝子変異が同定されるに至り、本研究もその一端に貢献した。一方、それらに対する的確な治療法の開発には未だ隔たりがあり、変異によるてんかん発症機序の詳細を解明する必要がある。本研究では患者と同じ変異を導入した遺伝子改変マウスを作成し、そのマウスの神経活動を調べることにより発症機序を解明しつつあり、今後の治療への応用が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] ATP6V0A1 encoding the a1-subunit of the V0 domain of vacuolar H(+)-ATPases is essential for brain development in humans and mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Aoto K, Kato M, Akita T, Nakashima M, Mutoh H, Akasaka N, Tohyama J, Nomura Y, Hoshino K, Ago Y, Tanaka R, Epstein O, Ben-Haim R, Heyman E, Miyazaki T, Belal H, Takabayashi S, Ohba C, Takata A, Mizuguchi T, Miyatake S, Miyake N, Fukuda A, Matsumoto N and Saitsu H
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 12 号: 1 ページ: 2107-2107
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22389-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] タウリントランスポーター（TauT）欠損の大脳皮質Ⅱ／Ⅲ層錐体神経発火活動への影響について (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋田天平、細井泰志、伊藤崇志、福田敦夫
  • 雑誌名: タウリンリサーチ 巻: 6(1) ページ: 18-19
  • NAID: 130008090565
  • 査読あり
• [雑誌論文] 細胞内タウリンのプロテインキナーゼCによるリン酸化を介したGABAA受容体膜発現制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂、細井泰志、秋田天平、伊藤崇志、福田敦夫
  • 雑誌名: タウリンリサーチ 巻: 6(1) ページ: 20-22
  • NAID: 130008090563
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intracellular Cl－ dysregulation causing and caused by pathogenic neuronal activity. (2020)
  • 著者名/発表者名: Akita T, Fukuda A
  • 雑誌名: Pflugers Archiv - European Journal of Physiology 巻: - 号: 7 ページ: 977-987
  • DOI: 10.1007/s00424-020-02375-4
  • NAID: 120007026259
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alterations of GABAergic Neuron-Associated Extracellular Matrix and Synaptic Responses in Gad1-Heterozygous Mice Subjected to Prenatal Stress (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang T, Sinha AS, Akita T, Yanagawa Y, Fukuda A
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 12 ページ: 284-284
  • DOI: 10.3389/fncel.2018.00284
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biallelic Variants in CNPY3 , Encoding an Endoplasmic Reticulum Chaperone, Cause Early-Onset Epileptic Encephalopathy (2018)
  • 著者名/発表者名: Mutoh Hiroki、Kato Mitsuhiro、Akita Tenpei、Shibata Takuma、Wakamoto Hiroyuki、Ikeda Hiroko、Kitaura Hiroki、Aoto Kazushi、Nakashima Mitsuko、Wang Tianying、Ohba Chihiro、Miyatake Satoko、Miyake Noriko、Kakita Akiyoshi、Miyake Kensuke、Fukuda Atsuo、Matsumoto Naomichi、Saitsu Hirotomo
  • 雑誌名: The American Journal of Human Genetics 巻: 102 号: 2 ページ: 321-329
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2018.01.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] De novo variants in CAMK2A and CAMK2B cause neurodevelopmental disorders (2018)
  • 著者名/発表者名: Akita Tenpei、Aoto Kazushi、Kato Mitsuhiro、Shiina Masaaki、Mutoh Hiroki、Nakashima Mitsuko、Kuki Ichiro、Okazaki Shin、Magara Shinichi、Shiihara Takashi、Yokochi Kenji、Aiba Kaori、Tohyama Jun、Ohba Chihiro、Miyatake Satoko、Miyake Noriko、Ogata Kazuhiro、Fukuda Atsuo、Matsumoto Naomichi、Saitsu Hirotomo
  • 雑誌名: Annals of Clinical and Translational Neurology 巻: 5 号: 3 ページ: 280-296
  • DOI: 10.1002/acn3.528
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 発達性てんかん性脳症を引き起こすKv2.1 R306C 変異の大脳皮質錐体神経発火活動への影響について (2021)
  • 著者名/発表者名: 秋田天平、青戸一司、才津浩智、福田敦夫
  • 学会等名: 第68回中部日本生理学会
• [学会発表] Voltage-sensitive Na+ and K+ current components in interneuron precursors in the medial ganglionic eminence of the embryonic cerebrum. (2021)
  • 著者名/発表者名: Akita T, Fukuda A
  • 学会等名: 第98回日本生理学会大会
• [学会発表] 胎児期・生後発達期のタウリン枯渇は大脳皮質錐体神経の発火応答を鈍麻させる (2021)
  • 著者名/発表者名: 秋田天平、細井泰志、渡部美穂、伊藤崇志、宮嶋裕明、福田敦夫
  • 学会等名: 第7回国際タウリン研究会日本部会学術集会
• [学会発表] 神経細胞内タウリンによるリン酸化を介したGABAA受容体発現制御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂、細井泰志、秋田天平、伊藤崇志、福田敦夫
  • 学会等名: 第7回国際タウリン研究会日本部会学術集会
• [学会発表] 神経連続発火活動低下を伴うてんかん性脳症発症機序の解明を目指して (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋田天平、青戸一司、才津浩智、北野勝則、福田敦夫
  • 学会等名: 第47回日本脳科学会
• [学会発表] 胎生脳内側基底核原基の神経前駆細胞における２種類の電位依存性陽イオン電流の発見 (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋田天平、福田敦夫
  • 学会等名: 第67回中部日本生理学会
• [学会発表] WNK3 kinase maintains basal excitability by regulating inward rectification and intracellular chloride in layer V pyramidal neurons of mouse medial prefrontal cortex. (2020)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Wang T, Hosoi Y, Sohara E, Akita T, Uchida S, Fukuda A
  • 学会等名: 第97回日本生理学会大会
• [学会発表] Two cation current components in GABAergic interneuron precursors in the medial ganglionic eminence of the embryonic brain. (2020)
  • 著者名/発表者名: Akita T, Fukuda A
  • 学会等名: 第97回日本生理学会大会
• [学会発表] Static magnetic fields reduce excitability of pyramidal neurons by enhancing membrane Cl－ conductance in the mouse motor cortex. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Takamatsu Y, Akita T, Mima T, Fukuda A
  • 学会等名: 第42回日本神経科学大会
• [学会発表] Prenatal stress to the Gad1 heterozygotes causes epigenetic changes in neurodevelopment and behavior relating genes and affects their phenotypes. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang T, Sinha AS, Mutoh H, Akita T, Yanagawa Y, Kawai T, Hata K, Fukuda A
  • 学会等名: 第42回日本神経科学大会
• [学会発表] 胎生期大脳基底核原基の神経前駆細胞に生じる膜電流成分について (2019)
  • 著者名/発表者名: 秋田天平、福田敦夫
  • 学会等名: 第66回中部日本生理学会
• [学会発表] Ca2+ signaling and ion channel activation in embryonic neurons in the medial ganglionic eminence. (2019)
  • 著者名/発表者名: Akita T, Fukuda A
  • 学会等名: The 9th Congress of the Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies (FAOPS)
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanisms underlying WNK3 kinase mediated regulation of neuronal excitability in prefrontal cortex. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Wang T, Hosoi Y, Sohara E, Akita T, Uchida S, Fukuda A
  • 学会等名: The 9th Congress of the Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies (FAOPS)
  • 国際学会
• [学会発表] Prenatal stress on Gad1-heterozygotes perturbs development of GABAergic networks affecting behavior. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang T, Sinha AS, Mutoh H, Akita T, Yanagawa Y, Kawai T, Hata K, Fukuda A
  • 学会等名: The 9th Congress of the Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies (FAOPS)
  • 国際学会
• [学会発表] De novo mutants of CaMKIIα/β responsible for neurodevelopmental disorders upregulate A-type voltage-dependent K+ currents in hippocampal neurons. (2018)
  • 著者名/発表者名: Akita T, Aoto K, Kato M, Shiina M, Mutoh H, Nakashima M, Kuki I, Okazaki S, Magara S, Shiihara T, Yokochi K, Aiba K, Tohyama J, Ohba C, Miyatake S, Miyake N, Ogata K, Fukuda A, Matsumoto N, Saitsu H
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] WNK3 Kinase regulates inwardly rectifying potassium channels in layer V pyramidal neurons of the mouse prefrontal cortex. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Hosoi Y, Sohara E, Mutoh H, Akita T, Uchida S, Fukuda A
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] Prenatal stress on Gad1-heterozygotes selectively perturbs GABAergic neurogenesis, GABAergic synapse function and behavioral phenotypes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang T, Sinha AS, Mutoh H, Akita T, Yanagawa Y, Kawai T, Hata K, Fukuda A
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] Biallelic variants in CNPY3, encoding an endoplasmic reticulum chaperone, cause early-onset epileptic encephalopathy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mutoh H, Kato M, Akita T, Shibata T, Wakamoto H, Ikeda H, Kitaura H, Aoto K, Nakashima M, Wang T, Ohba C, Miyatake S, Miyake N, Kakita A Miyake K, Fukuda A, Matsumoto N, Saitsu H
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] 胎生期大脳基底核原基の神経前駆細胞内Ca2+シグナリングについて (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋田天平、福田敦夫
  • 学会等名: 第65回中部日本生理学会
• [学会発表] Alterations of GABAergic neuron-associated extracellular matrix and synaptic responses in Gad1-heterozygous mice subjected to prenatal stress. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Wang T, Mutoh H, Akita T, Yanagawa Y, Fukuda A
  • 学会等名: 第65回中部日本生理学会
• [学会発表] 胎生期大脳基底核原基の神経前駆細胞内Ca2+オシレーションについて (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋田天平、福田敦夫
  • 学会等名: 新学術領域研究「オシロロジー」第2回領域会議
• [学会発表] De novo CaMKIIalpha/beta mutants causing neurodevelopmental disorders upregulate A-type voltage-dependent K+ currents in hippocampal neurons. (2018)
  • 著者名/発表者名: Akita T, Aoto K, Fukuda A, Matsumoto N, Saitsu H
  • 学会等名: The 95th Annual Meeting of The Physiological Society of Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Exploring integrated regulation of membrane excitability through analyses of epilepsy-associated gene mutations. (2017)
  • 著者名/発表者名: Akita T, Saitsu H, Matsumoto N, Fukuda A
  • 学会等名: International Symposium Neural Oscillation Conference 2017: Problems of consciousness and neuropsychiatric disorders as network diseases
  • 国際学会
• [学会発表] てんかん及び神経発達障害をもたらすCaMKII新生突然変異体の発見 (2017)
  • 著者名/発表者名: 秋田天平、青戸一司、加藤光広、椎名政昭、武藤弘樹、中島光子、九鬼一郎、岡崎伸、眞柄慎一、椎原隆、横地健治、相場佳織、遠山潤、大場ちひろ、宮武聡子、三宅紀子、緒方一博、福田敦夫、松本直通、才津浩智
  • 学会等名: 新学術領域研究「オシロロジー」第2回領域会議
• [図書] "Regulation of neuronal cell migration and cortical development by chloride transporter activities." In Neuronal Chloride Transporters in Health and Disease (2020)
  • 著者名/発表者名: Akita T, Fukuda A
  • 総ページ数: 650
  • 出版者: Academic Press, Elsevier
  • ISBN: 9780128153185
• [備考] リソソームの膜タンパク質ATP6V0A1の異常が発達性およびてんかん性脳症の原因となることを発見
  • URL: https://www.amed.go.jp/news/release_20210409-02.html
• [備考] リソソームの膜タンパク質ATP6V0A1の異常が発達性およびてんかん性脳症の原因であることを発見
  • URL: https://www.yokohama-cu.ac.jp/amedrc/news/20210405matsumoto_NC_.html
• [備考] リソソームの膜タンパク質ATP6V0A1の異常が発達性およびてんかん性脳症の原因となることを発見
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/public-relations/press/index.html
• [備考] 小児期の難治性てんかん（ウエスト症候群）の責任遺伝子の同定
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/dcdb9c577eca6cb36b0722342dc26961.pdf
• [備考] 酵素タンパク質CaMKIIの神経発達障害を起こす突然変異体を発見
  • URL: http://physiology.jp/science-topic/20773/