臨界期の母体ストレスが惹起する新奇のGABA-アセチルコリン神経回路

• 研究領域: 脳の若返りによる生涯可塑性誘導ーｉＰｌａｓｔｉｃｉｔｙー臨界期機構の解明と操作
• 研究課題/領域番号: 21H05687
• 研究種目: 学術変革領域研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
• 研究機関: 浜松医科大学
• 研究代表者: 福田 敦夫 浜松医科大学, 医学部, 教授 (50254272)
• 研究期間 (年度): 2021-09-10 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円); 2022年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2021年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
• キーワード: GABA / アセチルコリン / 細胞発生 / Gad1 / 胎生ストレス / ムスカリン / ドネペジル / アトロピン

研究開始時の研究の概要

統合失調症や自閉症のリスクとして、母胎の精神的ストレスと子のGABA関連遺伝子の異常には証拠がある。そこで遺伝－環境交互作用に着目して、GABA合成酵素 GAD67遺伝子Gad1のヘテロ欠損胎仔の母体に拘束ストレスを加えるTwo-hit モデルを作製した。このモデルはparvalbumin (PV)陽性GABA細胞の減少と行動・脳波の異常を表出し、DNAメチル化変化によりGABAから acetylcholine (ACh)へと細胞発生・分化が運命転化した可能性がある。そこで、GABA/ACh細胞発生転写因子発現の臨界期にエピジェネティクに誘導されたACh細胞によって規定のGABA 神経回路が新奇に更新されるメカニズムを解明する。

研究実績の概要

１．臨界期ストレス暴露大脳皮質錐体細胞の電気生理学的解析：大脳皮質内側前頭前野スライス標本を作製し錐体細胞からパッチクランプ記録を行い、抑制性電流の変化を対照群と比較した。両群ともにドネペジル投与後にsIPSCの振幅が増加し、アトロピンで対照群は元に戻ったがストレス群ではsIPSCの振幅がさらに減少した。sIPSCの頻度はドネペジル投与後は対照群で頻度が増し、アトロピン投与後対照群は元に戻ったが、ストレス群ではさらに頻度が減少した。強化されたGABA作動性抑制性神経伝達がAChの放出増加とムスカリン受容体によることを同定した。
２．臨界期ストレス暴露成体大脳皮質GABA 細胞の電気生理学的機能解析：同様にスライス標本を作製してGABA 細胞からパッチクランプ記録を行った。ストレス群では基電流減少、後過分極電位減少、入力応答発火頻度の増加がみられ、これらの変化はアトロピンで消失した。GABA細胞において増加したACｈ神経終末から放出されたAChにより、GABA細胞のACh感受性K電流（M電流）が抑制を受けと考えられた。ニコチン性受容体阻害薬のMLAでは若干の、DhβEでは同様の傾向があったが、実験手技上アトロピン作用が残存していた可能性を否定できなかった。
３．臨界期ストレス暴露成体大脳皮質の神経回路機能解析：臨界期ストレス暴露によるACh入力の増加とその影響を明らかにするために、対照群とストレス群にドネペジルあるいはアトロピンを腹腔内投与して、ストレス群における脳波のγ帯域の減少や行動テストの社会的新規性認識の障害が改善するかどうか検討した。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Yale School of Medicine(米国)
• [国際共同研究] マインツ大学(ドイツ)
• [国際共同研究] Yale School of Medicine(米国)
• [国際共同研究] マインツ大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Imbalanced expression of cation-chloride cotransporters as potential therapeutic target in an Angelman syndrome model mouse. (2023)
  • 著者名/発表者名: Egawa K#, Watanabe M#(#contributed equally to this work), Shiraishi H, Sato D, Takahashi Y, Nishio S , Fukuda A.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13: 5685 号: 1 ページ: 5685-5685
  • DOI: 10.1038/s41598-023-32376-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Therapeutic effects of KCC2 chloride transporter activation on detrusor overactivity in mice with spinal cord injury (2023)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Kyohei、Ishibashi Masaru、Suzuki Takahisa、Otsuka Atsushi、Yoshimura Naoki、Miyake Hideaki、Fukuda Atsuo
  • 雑誌名: American Journal of Physiology-Renal Physiology 巻: 324 号: 4 ページ: F353-F361
  • DOI: 10.1152/ajprenal.00271.2022
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A novel de novo KCNB1 variant altering channel characteristics in a patient with periventricular heterotopia, abnormal corpus callosum, and mild seizure outcome (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiraide Takuya、Akita Tenpei、Uematsu Kenji、Miyamoto Sachiko、Nakashima Mitsuko、Sasaki Masayuki、Fukuda Atsuo、Kato Mitsuhiro、Saitsu Hirotomo
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: 68 号: 1 ページ: 25-31
  • DOI: 10.1038/s10038-022-01090-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Editorial: The role of GABA-shift in neurodevelopment and psychiatric disorders (2023)
  • 著者名/発表者名: Neuwirth Lorenz S.、El Idrissi Abdeslem、Fukuda Atsuo、Kilb Werner
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Neuroscience 巻: 16 ページ: 1162689-1162689
  • DOI: 10.3389/fnmol.2023.1162689
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of taurine depletion on body weight and mouse behavior during development. (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Ito T, Fukuda A
  • 雑誌名: Metabolites 巻: 12(7): 631 号: 7 ページ: 631-631
  • DOI: 10.3390/metabo12070631
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A subpopulation of AgRP neurons excites CRH axon terminals in median eminence led to HPA axis activation in response to food restriction. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yesmin R, Watanabe M, Sinha AS, Ishibashi M, Wang T, Fukuda A
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Neuroscience 巻: 15: 990803 ページ: 1-16
  • DOI: 10.3389/fnmol.2022.990803
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] WNK3 kinase maintains neuronal excitability by reducing inwardly rectifying K+ conductance in layer V pyramidal neurons of mouse medial prefrontal cortex. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Wang T, Watanabe M, Hosoi Y, Sohara E, Akita T, Uchida S, Fukuda A
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Neuroscience 巻: 15: 856262 ページ: 856262-856262
  • DOI: 10.3389/fnmol.2022.856262
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Taurine depletion during fetal and postnatal development blunts firing responses of neocortical layer II/III pyramidal neurons. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hosoi Y, Akita T, Watanabe M, Ito T, Miyajima H, Fukuda A
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Neuroscience 巻: 15: 806798 ページ: 806798-806798
  • DOI: 10.3389/fnmol.2022.806798
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] Orchestration of Ion Channels and Transporters in Neocortical Development and Neurological Disorders (2022)
  • 著者名/発表者名: Bando Y, Ishibashi M, Yamagishi S, Fukuda A, Sato K.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 16 ページ: 827284-827284
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.827284
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GABAA receptors and maternally derived taurine regulate the temporal specification of progenitors of excitatory glutamatergic neurons in the mouse developing cortex. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tochitani S, Furukawa T, Bando R, Kondo S, Ito T, Matsushima Y, Kojima T, Matsuzaki H, Fukuda A.
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: In press ページ: 4554-4575
  • DOI: 10.1093/cercor/bhab106
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional MHCI deficiency in mice causes ADHD-like behaviors with increased accumbal dopamine D1 receptor expression (2021)
  • 著者名/発表者名: Meng H, Suenaga T, Edamura M, Fukuda A, Ishida Y, Nakahara D, Murakami G
  • 雑誌名: Brain Behav Immun 巻: 97 ページ: 22-31
  • DOI: 10.1016/j.bbi.2021.05.015
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Effects of enhanced KCC2 activity induced by dephosphorylation of Thr906 and Thr1007 on neuronal function. (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂, Kahle KT, 福田 敦夫.
  • 学会等名: 日本生理学会第100回記念大会
• [学会発表] Impact of a novel slow afterhyperpolarization (sAHP) on spike encoding by serotonergic (5-HT) dorsal raphe (DR) neurons. (2023)
  • 著者名/発表者名: 石橋賢, 福田敦夫, Leonard CS.
  • 学会等名: 日本生理学会第100回記念大会
• [学会発表] Astrocytic Na-K-Cl cotransporter type 1 attenuates seizures promoted by GABAergic excitation. (2023)
  • 著者名/発表者名: Nguyen DT, Ishibashi M, Watanabe M, Sinha, AS. Yesmin R, Fukuda A.
  • 学会等名: 日本生理学会第100回記念大会
• [学会発表] 脳におけるタウリンの多彩な働き (2023)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫
  • 学会等名: 第9回国際タウリン研究会日本部会
  • 招待講演
• [学会発表] KCC2 クロライドイオン・トランスポーターのダウンレギュレーションは排尿筋過活動と関連する. (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡邊 恭平, 石橋 賢, 鈴木 孝尚, 大塚 篤史, 吉村 直樹, 三宅 秀明, 福田 敦夫.
  • 学会等名: 第32回泌尿器科分子・細胞研究会
• [学会発表] 脳の発達と病態におけるCl-ホメオダイナミクス. (2022)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫
  • 学会等名: 第49回日本脳科学会
  • 招待講演
• [学会発表] 抑制性神経伝達におけるカリウム-クロライド共輸送体(KCC2)のリン酸化による機能制御の役割. (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂, Kahle KT, 福田 敦夫.
  • 学会等名: 第49回日本脳科学会
• [学会発表] 発達期皮質錐体細胞におけるCa2+動態とタウリンによるGABAA受容体活性化. (2022)
  • 著者名/発表者名: 石橋賢, 阪東勇輝, 佐藤康二, 福田敦夫.
  • 学会等名: 第49回日本脳科学会
• [学会発表] Cholinergic modulation of prefrontal GABAergic network in Gad1 heterozygotes subjected to prenatal stress: links to autism like behavior in a mouse model. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Wang T, Yanagawa Y, Kawai T, Hata K, Fukuda A.
  • 学会等名: 第49回日本脳科学会
• [学会発表] Loss of astrocytic Na-K-Cl cotransporter type 1 hastens seizures promoted by GABAergic excitation into pyramidal neurons. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nguyen DT, Ishibashi M, Watanabe M, Akita T, Sinha AS, Yesmin R, Fukuda A.
  • 学会等名: 第49回日本脳科学会
• [学会発表] 脊髄損傷マウスにおけるKCC2ダウンレギュレーションは排尿筋過活動と関連する. (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡邊 恭平, 石橋 賢, 鈴木 孝尚, 大塚 篤史, 吉村 直樹, 三宅 秀明, 福田 敦夫.
  • 学会等名: 第49回日本脳科学会
• [学会発表] Astrocytic NKCC1 plays a pivotal role in prevention of seizures promoted by postsynaptic GABAergic excitation in epilepsy models. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nguyen DT, Ishibashi M, Watanabe M, Sinha, AS. Yesmin R, Fukuda A.
  • 学会等名: Neuroscience 2022
  • 国際学会
• [学会発表] WNK3 kinase maintains neuronal excitability by regulating trafcking of KCC2 and inward rectifying K+ channels in layer V pyramidal neurons of mouse medial prefrontal cortex. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Wang T, Watanabe M, Sohara E, Akita T, Uchida S, Fukuda A.
  • 学会等名: Neuroscience 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Loss of astrocytic Na-K-Cl cotransporter type 1 hastens seizures promoted by GABAergic excitation of neurons. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nguyen DT, Ishibashi M, Watanabe M, Sinha AS, Yesmin R, Fukuda A.
  • 学会等名: 第69回中部日本生理学会
• [学会発表] オレキシン誘発性の発火後過分極増強が背側縫線核セロトニン作動性ニューロンのスパイクエンコーディングに及ぼす影響. (2022)
  • 著者名/発表者名: 石橋 賢, 福田敦夫, Leonard CS.
  • 学会等名: 第69回中部日本生理学会
• [学会発表] WNK3 kinase maintains neuronal excitability by regulating trafficking of KCC2 and inward rectifying K+ channels in layer V pyramidal neurons. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Wang T, Watanabe M, Sohara E, Akita T, Uchida S, Fukuda A.
  • 学会等名: 第69回中部日本生理学会
• [学会発表] Cl-ホメオダイナミクスとマルチモーダル GABA:中部生理学会からの展開. (2022)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫
  • 学会等名: 第99回日本生理学会大会
• [学会発表] Orexin receptor activation induces a novel slow afterhyperpolarization in serotonergic dorsal raphe neurons. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi M, Fukuda A, Leonard CS.
  • 学会等名: 第99回日本生理学会大会
• [学会発表] Regulated KCC2 phosphorylation is critical for dynamic GABA-mediated inhibition. (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Kahle KT. Fukuda A.
  • 学会等名: 第99回日本生理学会大会
• [学会発表] 胎生期ストレスとGad1ヘテロ欠損の二重ヒットによるDNAメチル化により惹起された神経細胞分化と回路の運命転化. (2022)
  • 著者名/発表者名: 王天英, Adya Saran Sinha, 柳川右千夫, 河合智子, 秦健一郎, 福田敦夫.
  • 学会等名: 第30回日本病態生理学会大会
• [学会発表] 母体ストレスとGad1異常が惹起するGABA-アセチルコリン神経回路. (2022)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫
  • 学会等名: 学術変革領域研究(A)（臨界期生物学）2021年度領域班会議
• [学会発表] Caloric restriction mediated hypothalamic-pituitary-adrenal axis regulation is dependent on a subset of AgRP neuronal activation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yesmin R, Watanabe M, Sinha AS, Ishibashi M, Akita T, Fukuda A.
  • 学会等名: 第48回日本脳科学会
• [学会発表] オレキシンは縫線核セロトニン作動性ニューロンにおいて非選択的陽イオンチャネルの閉口による発火後過分極を誘発する. (2021)
  • 著者名/発表者名: 石橋賢，福田敦夫，Leonard S Christopher.
  • 学会等名: 第68回中部日本生理学会
• [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] リン酸化によるカリウム-クロライド共輸送体(KCC2)の機能制御. (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂, Kahle KT, 福田敦夫.
  • 学会等名: 第68回中部日本生理学会
• [学会発表] 母体ストレスが胎児に与える影響：動物モデルからの警鐘. (2021)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫
  • 学会等名: 第9回新胎児学研究会
• [備考] 浜松医科大学医学部神経生理学講座ホームページ
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/education/fac-med/dept/neurophysiology/index.html
• [備考] 国際学術誌「Scientific Reports」に研究成果が公表されました
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/topics/2023/28780.html
• [備考] J. Physiology誌の日本人著者による優れた論文40選に選出
  • URL: https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1111/(ISSN)1469-7793.japanese-physiology
• [備考] 浜松医大ホームページ（J. Physiology誌の日本人著者による優れた論文40選に選出）
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/topics/2023/28687.html
• [備考] 浜松医大プレスリリース（Nature Communicationsへ研究成果公表）
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/topics/2021/26884.html
• [備考] 浜松医大プレスリリース（Cerebral Cortexへ研究成果公表）
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/topics/2021/26955.html
• [備考] 浜松医大プレスリリース（Brain, Behavior, and Immunityへ研究成果公表）
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/topics/2021/27089.html
• [備考] みらいぶっく 学問・大学なび【最先端研究を訪ねて】
  • URL: https://www.sekaiwokaeyo.com/ni153/