CaMK2β変異が引き起こす神経発達障害の疾患メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 20K07423
• 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49030:実験病理学関連
• 研究機関: 浜松医科大学
• 研究代表者: 武藤 弘樹 浜松医科大学, 医学部, 助教 (60443040)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020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: CaMK2β / ヒト疾患モデル動物 / 脳波異常 / 興奮性/抑制性のバランス / 神経発達異常 / 疾患モデル動物

研究開始時の研究の概要

小児期難治性てんかん患者の遺伝子解析により、CaMK2βの自己抑制ドメイン異常がてんかんなど神経発達障害の原因になり得ることが分かった。興味深いことに、患者と相同な変異を導入したCaMK2β変異ノックインマウスは、定常状態でガンマ帯域に異様な増強を示す顕著な脳波異常が示した。そこで、本申請では、CaMK2β変異ノックインマウスで生じる脳波異常と興奮性/抑制性バランス異常の関係性を明らかにすることで、神経発達障害モデルマウスの確立と神経回路形成におけるCaMK2βの役割を解明する。

研究成果の概要

神経発達障害患者より同定したCaMK2β変異を導入したヒト疾患モデルマウスは、患者同様に運動機能障害、発育遅滞を生じ、小脳においてCaMK2βタンパク質の発現量が顕著に減少していることを明らかにした。さらに、モデルマウスでは、大脳皮質や海馬におけるタンパク質の発現量が多少減少することでも、神経回路の興奮性・抑制性のバランスを崩壊し異常脳波を生じることが判明した。また、興奮性・抑制性のバランスが崩れたことで、てんかん感受性を増加していることが明らかになった。本研究により、CaMK2β変異を導入したヒト疾患モデルマウスの確立をすることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題の成果により、CaMK2βが神経回路形成における興奮性・抑制性のバランス制御に必要である学術的に重要な発見をした。また、難治性神経疾患の患者より同定した変異を導入したヒト疾患モデルマウスの作出、機能解析することで病態の一端を解明することにも成功し、難治性疾患の病態解明と新たな薬剤開発や治療法につながることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Cnpy3 mice reveal neuronal expression of Cnpy3 in the brain (2023)
  • 著者名/発表者名: Islam Md. Monirul、Mutoh Hiroki、Aoto Kazushi、Belal Hazrat、Saitsu Hirotomo
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience Methods 巻: 383 ページ: 109730-109730
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2022.109730
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidation of pathological mechanism caused by human disease mutation in CaMKIIβ (2022)
  • 著者名/発表者名: Mutoh H, Aoto K, Miyazaki T, Fukuda A, Saitsu H.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience Research 巻: 100 号: 3 ページ: 880-896
  • DOI: 10.1002/jnr.25013
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of Flag/DYKDDDDK Epitope Tag Knock-In Mice Using i-GONAD Enables Detection of Endogenous CaMKIIα and β Proteins (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoto Kazushi、Takabayashi Shuji、Mutoh Hiroki、Saitsu Hirotomo
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 23 号: 19 ページ: 11915-11915
  • DOI: 10.3390/ijms231911915
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A boy with biallelic frameshift variants in TTC5 and brain malformation resembling tubulinopathies (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Sachiko、Kato Mitsuhiro、Sugiyama Kenji、Horiguchi Ryo、Nakashima Mitsuko、Aoto Kazushi、Mutoh Hiroki、Saitsu Hirotomo
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: 66 号: 12 ページ: 1189-1192
  • DOI: 10.1038/s10038-021-00953-7
  • 査読あり
• [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
• [学会発表] CaMKII βのヒト疾患変異が生じる病態メカニズムの解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 武藤弘樹 青戸一司 宮嵜岳大 福田敦夫 才津浩智
  • 学会等名: 第100回日本生理学会
  • 国際学会
• [学会発表] Cnpy3-2xHA マウスは、脳における Cnpy3 の神経特異的発現を明らかにした (2023)
  • 著者名/発表者名: Md Monirul Islam 武藤弘樹 青戸一司 Hazrat Belal 才津浩智
  • 学会等名: 第100回日本生理学会
  • 国際学会
• [学会発表] 簡便なi-GONAD法によるFlag（DYKDDDDK）タグを挿入したマウスの作製とその有用性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 青戸 一司 髙林秀次 武藤弘樹 才津浩智
  • 学会等名: 第128回日本解剖学会