ノックアウトラットによる２種類のＧＡＢＡ合成酵素アイソフォームの機能的役割の解明

• 研究課題/領域番号: 19K06881
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分46010:神経科学一般関連
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 柳川 右千夫 群馬大学, 大学院医学系研究科, 客員教授 (90202366)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: GABA / グルタミン酸脱炭酸酵素 / GAD65 / GAD67 / ノックアウトラット

研究開始時の研究の概要

GABAは主要な神経伝達物質であり、グルタミン酸脱炭酸酵素（GAD; GAD65とGAD67の2型存在）によって合成される。GAD65とGAD67は、分子量、補酵素との親和性、細胞内局在などで違いがあり、異なる遺伝子にコードされている。GADやGABAは統合失調症、てんかん、不安症、抗GAD抗体関連脳症など様々な精神神経疾患に関与することが報告されている。
本研究では主にノックアウトラットを作製・解析することにより、脳機能におけるGAD65分子とGAD67分子の役割を明らかにし、同時にGAD及びGABAが関与する精神神経疾患の分子病態や病態生理の解明に貢献する。

研究成果の概要

神経伝達物質のGABAは、グルタミン酸脱炭酸酵素（GAD; GAD65とGAD67の２型存在）により合成される。GAD65とGAD67は、Gad2とGad1の異なる遺伝子にコードされる。様々な遺伝子型のGadノックアウト（KO）ラットを作製・解析した。例えば、Gad1/Gad2ダブルKOラット（DKOラット）前脳のGABA含量が著しく低値であり、GABAが2種類のGAD分子により合成されることを明らかにした。また、胎生期のDKOラット大脳皮質では、神経前駆細胞数の減少を観察した。従って、これらのKOラットは、脳におけるGAD分子やGABAの役割を解明する有用なツールとなることが予測される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

GABAは代表的な神経伝達物質であり、グルタミン酸脱炭酸酵素（GAD；GAD65とGAD67の2型存在）により合成される。GADやGABAは、多くの精神神経疾患に関与している。例えば、GAD67をコードするGAD1遺伝子の機能喪失変異と統合失調症、発達性およびてんかん性脳症との関連が報告されている。我々の作製したGadノックアウトラットでは、様々な表現型が見出された。これらのGadノックアウトラットは、脳におけるGADの役割の解明だけでなくヒト精神神経疾患の病態の解明に役立つことが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Otto-von-Guericke University Magdeburg(ドイツ)
• [国際共同研究] The University of Queensland(オーストラリア)
• [国際共同研究] Otto-von-Guericke University Magdeburg(ドイツ)
• [国際共同研究] The University of Queensland(オーストラリア)
• [雑誌論文] Impact of GAD65 and/or GAD67 deficiency on perinatal development in rats. (2022)
  • 著者名/発表者名: Jiang W, Kakizaki T, Fujihara K, Miyata S, Zhang Y, Suto T, Kato D, Saito S, Shibasaki K, Ishizaki Y, Isoda K, Yokoo H, Obinata H, Hirano T, Miyasaka Y, Mashimo T, Yanagawa Y.
  • 雑誌名: .FASEB J . 巻: 36(2) 号: 2
  • DOI: 10.1096/fj.202101389r
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ノックアウトラットによる２種類のGABA合成酵素アイソフォームの機能的役割の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤原和之、柿崎利和、Weiru Jiang、宮田茂雄、柳川右千夫
  • 雑誌名: 細胞 巻: 53 ページ: 443-447
  • NAID: 40022633114
• [雑誌論文] Rats deficient in the GAD65 isoform exhibit epilepsy and premature lethality. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kakizaki T, Ohshiro T, Itakura M, Konno K, Watanabe M, Mushiake H, Yanagawa Y.
  • 雑誌名: FASEB J. 巻: 35 号: 2 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1096/fj.202001935r
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic Deletion of Glutamate Decarboxylase 67-kDa Isoform Alters Conditioned Fear Behavior in Rats. (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujihara K, Sato T, Miyasaka Y, Mashimo T, Yanagawa Y.
  • 雑誌名: FEBS Open Bio. 巻: 11 号: 2 ページ: 340-353
  • DOI: 10.1002/2211-5463.13065
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Global knockdown of glutamate decarboxylase 67 elicits emotional abnormality in mice. (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyata S, Kakizaki T, Fujihara K, Obinata H, Hirano T, Nakai J, Tanaka M, Itohara S, Watanabe M, Tanaka KF, Abe M, Sakimura K, Yanagawa Y.
  • 雑誌名: Mol Brain 巻: 14 号: 1 ページ: 5-5
  • DOI: 10.1186/s13041-020-00713-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Behavioral consequences of a combination of Gad1 haplodeficiency and adolescent exposure to NMDA receptor antagonist in Long-Evans rat. (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujihara K, Sato T, Higeta K, Miyasaka Y, Mashimo T, Yanagawa Y.
  • 雑誌名: Front Pharmacol. 巻: 12 ページ: 646088-646088
  • DOI: 10.3389/fphar.2021.646088
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-engineered Gad1 elimination in rats leads to complex behavioral changes: implications for schizophrenia (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujihara Kazuyuki、Yamada Kazuo、Ichitani Yukio、Kakizaki Toshikazu、Jiang Weiru、Miyata Shigeo、Suto Takashi、Kato Daiki、Saito Shigeru、Watanabe Masahiko、Kajita Yuki、Ohshiro Tomokazu、Mushiake Hajime、Miyasaka Yoshiki、Mashimo Tomoji、Yasuda Hiroki、Yanagawa Yuchio
  • 雑誌名: Translational Psychiatry 巻: 10 号: 1 ページ: 426-426
  • DOI: 10.1038/s41398-020-01108-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hyper-formation of GABA and glycine co-releasing terminals in the mouse cerebellar nuclei after deprivation of GABAergic inputs from Purkinje cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi S, Kim J, Yanagawa Y, Suzuki N, Saito H, Takayama C.
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 426 ページ: 88-100
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2019.11.030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GABA in the suprachiasmatic nucleus refines circadian output rhythms in mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ono D, Honma KI, Yanagawa Y, Yamanaka A, Honma S
  • 雑誌名: Commun Biol. 巻: 2 号: 1 ページ: 232-232
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0483-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Loss of glutamate decarboxylase 67 in somatostatin-expressing neurons leads to anxiety-like behavior and alteration in the Akt/GSK3beta signaling. (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyata S, Kumagaya R, Kakizaki T, Fujihara K, Wakamatsu K, Yanagawa Y.
  • 雑誌名: Front Behav Neurosci. 巻: 13 ページ: 131-131
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2019.00131
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Store-Operated Calcium Channels Are Involved in Spontaneous Slow Calcium Oscillations in Striatal Neurons (2019)
  • 著者名/発表者名: Kikuta Satomi、Iguchi Yoshio、Kakizaki Toshikazu、Kobayashi Kazuto、Yanagawa Yuchio、Takada Masahiko、Osanai Makoto
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 13 ページ: 1-9
  • DOI: 10.3389/fncel.2019.00547
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] グルタミン酸脱炭酸酵素67ｋDaアイソフォームの欠損はラットにおいて物体位置再認を障害する。 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤原和之、柿崎利和、柳川右千夫
  • 学会等名: 日本生理学会第100回記念大会
• [学会発表] Gad2ノックアウトラット脳におけるGAD67の細胞内局在 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柿崎利和、柳川右千夫
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
• [学会発表] GABA合成酵素の遺伝子機能探索：マウスとラットのノックアウト動物を利用した比較研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柳川右千夫
  • 学会等名: 先端モデル動物支援プラットフォーム2021年度成果発表会
  • 招待講演
• [学会発表] GABAニューロン研究のための遺伝子改変ラット (2022)
  • 著者名/発表者名: 柳川右千夫
  • 学会等名: 第15回 ラットリソース・リサーチ研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Neonatal NMDA receptor blockade and glutamate decarboxylase 67-kDa isoform haplodeficiency synergistically cause behavioral alterations (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujihara K, Kakizaki T, Yanagawa Y.
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
• [学会発表] Behavioral analysis of GAD65 knockout rats (2021)
  • 著者名/発表者名: Kakizaki T, Fujihara K, Yanagawa Y.
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
• [学会発表] The effect of GABA deficiency on embryonic neocortical development (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiang W, Kakizaki T, Miyoshi G, Yanagawa Y.
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
• [学会発表] The effect of GABA on embryonic neocortical development (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiang W, Kakizaki T, Miyoshi G, Kurachi M, Ishizaki Y, Yanagawa Y.
  • 学会等名: 第68回北関東医学会
• [学会発表] GABA合成酵素GAD67ハプロ不全と新生仔期NMDA型グルタミン酸受容体遮断の組み合わせにより生じる行動学的表現型 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤原和之、佐藤匠、宮坂佳樹、真下知士、柳川右千夫
  • 学会等名: NPBPPP2020合同年会
• [学会発表] The role of GABA in embryonic cortical development. (2020)
  • 著者名/発表者名: Weiru Jiang, Toshikazu Kakizaki, Goichi Miyoshi, Yuchio Yanagawa
  • 学会等名: 第67回北関東医学会総会
• [学会発表] GAD65/67二重変異ラットの表現型解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: Weiru Jiang、柿崎利和、藤原和之、宮田茂雄、張月、須藤貴史、加藤大樹、齋藤繁、柴崎貢志、石崎泰樹、宮坂佳樹、真下知士、柳川右千夫
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第4回大会
• [学会発表] GAD65欠損ラットは脳内GABA含量の減少とてんかん重積状態を示す (2019)
  • 著者名/発表者名: 柿崎利和、Weiru Jiang、須藤貴史、齋藤繁、板倉誠、渡辺雅彦、柳川右千夫
  • 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
• [学会発表] Roles of rat glutamate decarboxylase isoforms in the perinatal period (2019)
  • 著者名/発表者名: Weiru Jiang, Toshikazu Kakizaki, Kazuyuki Fujihara, Shigeo Miyata, Yue Zhang, Takashi Suto, Daiki Kato, Shigeru Saito, Koji Shibasaki, Yasuki Ishizaki, Yoshiki Miyasaka, Tomoji Mashimo, Yuchio Yanagawa
  • 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
• [備考] 群馬大学 大学院医学系研究科 医学部 医学科 大学院医学系研究科 医科学専攻 組織 遺伝発達行動学
  • URL: http://www.med.gunma-u.ac.jp/med-organization/neurosci/neurosci-development/106.html