イムノトキシン細胞標的法を利用した脳情報処理機構の解析

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12050234
• 研究機関: 福島県立医科大学
• 研究代表者: 小林 和人 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (90211903)
• 研究分担者: 八十島 安伸 福島県立医科大学, 医学部, 講師 (00273566) ; 松下 夏樹 福島県立医科大学, 医学部, 講師 (40271556)
• キーワード: 組換え体イムノトキシン / 細胞ターゲティング / 大脳基底核 / 間接経路 / 介在ニューロン / ドーパミン受容体

研究概要

イムノトキシン細胞標的法(immunotoxin-mediated cell targeting,IMCT)は、遺伝子発現の特異性に基づいて特定のニューロンタイプを誘導的に破壊するためのアプローチであり、複雑な脳機能におけるニューロンタイプの役割の解明に有効である。大脳基底核は、随意運動や運動と関係する学習行動などの脳機能を媒介し、ドーパミン(DA)はこれらの機能において必須の役割を持つ。本研究では、IMCTを利用して線条体のニューロンタイプを破壊し、DAによる大脳基底核機能の調節を制御する分子細胞機構を明らかにする。第一に、IMCTを利用してDAD2受容体(D2R)を含有する線条体ニューロンの除去を誘導し、これらのニューロンの運動制御における役割を解析した。D2R遺伝子の制御下にインターロイキン-2受容体(IL-2R)を発現する変異マウスにイムノトキシン(IT)を注入することにより、線条体-淡蒼球投射ニューロンとコリン性介在ニューロンの破壊を誘導した。この破壊は、自発運動の増加を誘発したが、DA刺激薬に依存する運動促進作用を障害し、神経活動と関係する数種の遺伝子の発現変化を伴った。変異マウスの運動障害は、ムスカリン性アゴニストの投与によって回復せず、これらの障害は線条体-淡蒼球ニューロンの除去に起因することが示唆された。線条体-淡蒼球ニューロンは自発運動には抑制的に、DA誘導性の運動には促進的に働き、DA刺激の程度に依存して大脳基底核機能を双方向性に制御することが示された。第二に、internal ribosomal entry site(IRES)-IL-2R遺伝子カセットのノックイン系を構築するために、胚性幹(ES)細胞を用いてITの効果を検討した。ITは、IRESに依存してIL-2Rを発現する細胞を効率良く除去できることを示した。このノックイン系を用いて、線条体GABA性介在ニューロンの選択的破壊を試みた。プレプロソマトスタチン遺伝子の3'非翻訳領域にIRES/IL-2R遺伝子カセットを挿入したベクターを用いて、相同組換え体ES細胞を単離し、キメラマウスの作製を行なった。この遺伝子改変マウスを用いて、ソマトスタチンを含有する線条体GABA性介在ニューロンの役割を解析する。

研究成果

• [文献書誌] Kobayashi, K., Sano, H.: "Dopamine deficiency in mice"Brain Dev.. 22・1. S54-S60 (2000)
• [文献書誌] Kobayashi, K.et al.: "Modest neuropsychological deficits caused by reduced noradrenaline metabolism in mice heterozygous for a mutated tyrosine hydroxylase gene"J.Neurosci.. 20・6. 2418-2426 (2000)
• [文献書誌] Iwawaki, T.et al.: "Identification of a potential Nurrl response element that activates the tyrosine hydroxylase gene promoter in cultured cells"Biochem.Biophys.Res.Commun.. 274・3. 590-595 (2000)
• [文献書誌] Usukura, J.et al.: "Direct imaging of phosphorylation-dependent conformational change and DNA binding of CREB by electron microscopy"Genes to Cells. 5・6. 515-522 (2000)
• [文献書誌] Sawamoto, K.et al.: "Visualization,direct isolation.and transplantation of midbrain dopaminergic neurons"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 98・11. 6423-6428 (2001)
• [文献書誌] Kobayashi, T.et al.: "Efficient ablation by immunotoxin-mediated cell targeting of the cell types that express human interleukin-2 receptor depending on the internal ribosome entry site"J.Gene Med.. 3・5. 505-510 (2001)
• [文献書誌] Kobayashi, K.: "Role of catecholamine signaling in brain and nervous system functions:new insights from mouse molecular genetic study"J.Invest.Dermatol.. 6・1. 117-121 (2001)
• [文献書誌] Kobayashi, K., Yasoshima, Y.: "The central noradrenaline system and memory consolidation"Neuroscientist. 7・5. 371-376 (2001)
• [文献書誌] Kobayashi, K., Kobayashi.T.: "Genetic evidence for noradrenergic control of long-term memory consolidation"Brain Dev.. 23・1. S16-23 (2001)
• [文献書誌] Ishiguro, H.et al.: "Age-dependent and tissue-specific CAG repeat instability occurs in mouse knock-in for a mutant Huntington's disease gene"J.Neurosci.Res.. 65・4. 289-297 (2001)
• [文献書誌] 小林和人: "神経伝達物質としてのドパミン"Lisa. 7・1. 2-7 (2000)
• [文献書誌] 佐野裕美, 小林和人: "ドーパミン神経伝達による大脳基底核機能制御の分子神経機構:マウス遺伝学からのアプローチ"脳の科学. 23・12. 1077-1085 (2001)
• [文献書誌] Kobayashi, K., Nagatsu, T.: "Progress in Gene Therapy-Basic and Clinical Frontiers-"VSP. 556 (2000)
• [文献書誌] 小林和人: "脳の動態を見る:記憶とその障害の分子機構"医学書院. 224 (2001)