酸化ストレスによる神経細胞死とてんかん発症機序に関する多層オミックス解析

• 研究課題/領域番号: 22K07914
• 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52050:胎児医学および小児成育学関連
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 大守 伊織 岡山大学, 教育学域, 教授 (20403488)
• 研究分担者: 大内田 守 岡山大学, 医歯薬学域, 准教授 (80213635)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 酸化ストレス / 神経細胞死 / てんかん / 難治てんかん

研究開始時の研究の概要

小児期に酸化ストレスが関与する神経疾患としては，虚血・再灌流障害による脳虚血，低酸素性虚血性脳症，脳室周囲白質軟化症や感染・炎症による急性脳炎・脳症等がある。本研究課題では，活性酸素種ROSを消去する作用をもつチオレドキシンTxn1の遺伝子改変動物を用いて，多層オミックス解析により，過剰なROSが神経細胞死を惹起し，その後にてんかんを発症するメカニズムの解明を目指す。

研究実績の概要

活性酸素種ROSを消去する作用をもつチオレドキシンTxn1の遺伝子改変動物（Txn1-F54L遺伝子変異ラット）を用いて、中脳で神経細胞死がおきるときの病態基盤の一端を明らかにした。線維芽細胞であっても、培養液に過酸化水素を添加して酸化ストレスを与えると変異型では細胞死が誘発された。このことは、細胞死がおきるメカニズムは局所で酸化ストレスが増大した環境になっていることが推測された。中脳で神経細胞死がおきる時期にメタボローム解析を実施し、病変の出現しない大脳皮質と代謝変化を検討した。その結果、中脳では解糖系、TCA回路、ペントースリン酸代謝、核酸代謝にかかわる97物質が皮質よりも1.4ー8.4倍、有意に高かった。このことから、局所で発生するROSが適切に処理できなくなったときに細胞死が誘導されている可能性が示唆された。
また、てんかん発作が集積する時期に、神経伝達物質を測定し、興奮系が優位になって発症している可能性は否定された。免疫染色により、てんかんについては、アストロサイトやミクログリアの活性化が著しく、これらのグリア細胞が影響していると考えられた。てんかん発作の記録を行ったところ、強直発作、欠神発作、部分発作が観察された。Txn1-F54L遺伝子変異ラットは、combined generalized and focal epilepsyに分類され、これまでにない新しいてんかんモデルであることが明らかになった。

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

研究成果を学会等で発表し、以下の論文を公表することができた。
学会発表:A Txn1 missense mutation links to epilepsy with vacuolar degeneration
Ohmori I, Ouchida M, Toyokuni S, Ishida S, Mashimo T. 39th Congress of the International Union of Physiological Sciences (IUPS) 2022年5月7日
論文発表
1. Iori Ohmori, Mamoru Ouchida, Hirohiko Imai, Saeko Ishida, Shinya Toyokuni, Tomoji Mashimo. Thioredoxin deficiency increases oxidative stress and causes bilateral symmetrical degeneration in rat midbrain. Neurobiology of disease 175 105921-105921
2. Iori Ohmori, Mamoru Ouchida, Masakazu Shinohara, Kiyoka Kobayashi, Saeko Ishida, Tomoji Mashimo. Novel animal model of combined generalized and focal epilepsy. Epilepsia 63(7) e80-e85

今後の研究の推進方策

R5年度は、神経変性を惹起するTxn1-F54Lの蛋白構造解析を行う。Txn1には相互作用を持つ蛋白の酸化還元を制御するactive siteが存在する。F54の場所はこのactive siteと離れた部位に存在している。F54L変異によって、どのような構造変化が生じて、チオレドキシン結合蛋白が変化するのかを探索する。

研究成果

• [雑誌論文] Thioredoxin deficiency increases oxidative stress and causes bilateral symmetrical degeneration in rat midbrain. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohmori I, Ouchida M, Imai H, Ishida S, Toyokuni S, Mashimo T.
  • 雑誌名: Neurobiology of disease 巻: 175 ページ: 105921-105921
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel animal model of combined generalized and focal epilepsy. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohmori I, Ouchida M, Shinohara M, Kobayashi K, Ishida S, Mashimo T.
  • 雑誌名: Epilepsia 巻: 63 号: 7
  • DOI: 10.1111/epi.17295
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 抗酸化酵素チオレドキシンの機能低下が引き起こす神経細胞死および腎障害のメカニズム探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大守伊織
  • 学会等名: 文部科学省 学術変革領域研究 学術研究支援基盤形成 生命科学連携推進協議会 生命科学４プラットフォーム成果発表会
  • 招待講演
• [学会発表] A Txn1 missense mutation links to epilepsy with vacuolar degeneration (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohmori I, Ouchida M, Toyokuni S, Ishida S, Mashimo T.
  • 学会等名: 39th Congress of the International Union of Physiological Sciences (IUPS)
  • 国際学会