プレシナプス制御機構に着目した精神疾患の病態解明と臨床応用への展望

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K08090
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 宮本 嘉明 富山大学, 大学院医学薬学研究部(薬学), 准教授 (20449101)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 精神疾患 / プレシナプスタンパク質

研究実績の概要

我が国では、精神疾患の患者数が急増しているにもかかわらず、多くの精神疾患の病因や病態が未だ不明のままであるために、有効な治療法の開発が滞っている。そこで、本研究では、全ゲノム関連解析にて複数の精神疾患（双極性障害、統合失調症およびうつ病）に関連することが示唆されているプレシナプスタンパク質Piccolo（遺伝子PCLO）に着目し、その中枢神経系における機能的役割を明らかにし、精神疾患の病因・病態メカニズムを解明する。
本年度は、主に個体レベルにおけるPiccoloの神経機能を解析するために、遺伝子改変マウスを用いて行動薬理学、電気生理学および神経化学的検討を行った。PCLO miRNAを組み込んだアデノ随伴ウイルスベクターを青年期マウスの脳内に微量注入し、前頭前皮質特異的にPCLO発現を抑制したマウスを作製した。この前頭前皮質Piccoloノックダウンマウスでは、新規環境下における自発的行動量の増加、聴覚性驚愕反応におけるプレパルス抑制の減弱に加えて、短期作業記憶、物質認知機能および空間認知機能が低下していた。これらの行動異常は、非定型抗精神病薬リスペリドンの投与によって一部改善された。また、本マウスの前頭前皮質では、電気生理学的シナプス可塑性（ペアパルス促進および長期増強）が減弱していた。さらに、同じ前頭前皮質では、細胞外グルタミン酸の基礎遊離量が低下し、脱分極刺激によるドパミン遊離量も減弱していた。一方、背側線条体では、グルタミン酸基礎遊離量は低下していたが、脱分極刺激誘発ドパミン遊離量は増強していた。
以上のことから、前頭前皮質におけるPiccoloは、精神疾患、特に双極性障害の躁状態もしくは統合失調症の陽性症状・認知機能障害に関連していることが示唆された。

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

本年度は、脳部位特異的Piccoloノックダウンマウスを用いて、個体レベルにおけるPiccoloの神経機能を解析し、前頭前皮質におけるPiccoloが情動性、感覚－運動制御および学習記憶に重要な役割を果たしていることを明らかにした。そして、そのメカニズムとして、前頭前皮質のシナプス可塑性を担うグルタミン酸神経伝達機能の低下を明らかにし、加えて、皮質－線条体神経ネットワークの障害と考えられる背側線条体でのドパミン神経機能の亢進を見出した。さらに、本マウスにおける行動異常が抗精神病薬によって改善されたことから、前頭前皮質でのPCLO発現低下が精神疾患の病因および病態に関連していることが示唆されるとともに、本マウスが精神疾患モデル動物として、構成的妥当性（背景がヒトの発症機序に類似）、表面的妥当性（行動変化がヒトの症状に類似）および予測的妥当性（ヒトに効果的な治療法が有効）を兼ね備えていることを明らかにした。
以上のことから、本年度に予定していた研究計画はほぼ順調に進展している。しかしながら、本年度の研究結果から、皮質－線条体神経ネットワークメカニズムに関する新たな検討課題が生じてきたため、その解明に向けたアプローチとして新たな光遺伝学的実験手法の確立を試みているが、こちらはやや停滞気味である。

今後の研究の推進方策

次年度は、当初の研究計画通り、分子レベルにおける Piccolo の機能を解析する。本年度に作製した精神疾患モデル動物としての前頭前皮質Piccoloノックダウンマウスの各脳部位におけるシナプス関連遺伝子やタンパク質の発現、翻訳後修飾および機能的活性変化を、定量的RT-PCR法、ウエスタンブロット法および生化学的手法を用いて検討し、前頭前皮質でのPCLO発現低下による分子レベルでの表現型を明らかにしていく。
また、前述したように、本年度の研究結果から、前頭前皮質Piccoloノックダウンマウスにおける皮質－線条体神経ネットワーク障害メカニズムの解明が、新たな検討課題として生じてきた。そこで、現在、思考錯誤している光遺伝学とin vivo マイクロダイアリシスを組み合わせた新たな実験手法を早急に確立し、その詳細な障害ネットワーク機構を明らかにしていく。
さらに、本年度の遺伝子改変マウスでは、うつ病（双極性障害のうつ状態を含む）や統合失調症の陰性症状に類似した行動表現型が観察されなかった。そこで、前頭前皮質へのアデノ随伴ウイルスベクターによるPCLO miRNA注入時期をより早期化する（現在は８週齢）、PCLO発現低下期間をより長期化する（現在は４週間）もしくは穏やかな環境的ストレス（軽度社会的敗北ストレスや軽度予測不能ストレス等）に暴露するなどの作製手順の検討を行い、より表面的妥当性の高いモデル動物を提唱できるようにする。

次年度使用額が生じた理由

本年度中に確立する予定であった新たな光遺伝学的実験手法の機器備品の納入が、海外製部品の供給不足により時間がかかってしまった。そのため、当該実験において使用する予定であった消耗品等の購入を控えることとした。また、計画当初、海外での国際学会において研究成果を発表する予定であったが、担当する実習の都合によって渡航できなくなってしまった。これらの理由によって、次年度使用額が生じることとなった。

次年度使用額の使用計画

次年度は、本年度に購入を控えた光遺伝学とin vivo マイクロダイアリシスを組み合わせた新たな実験手法に必要な消耗品（光ファイバー管付透析プローブ等）を購入し、本実験手法を早急に確立する予定である。さらに、国内学会（日本神経精神薬理学会、日本薬理学会年会等）および海外での国際学会（CINP 2016、Neuroscience 2016等）において、積極的に研究成果を発表していく予定である。また、国際学会誌への投稿も予定している。

研究成果

• [雑誌論文] Knockdown of dopamine D2 receptors in the nucleus accumbens core suppresses methamphetamine-induced behaviors and signal transduction in mice. (2015)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Y, Iida A, Muramatsu S, Nitta A.
  • 雑誌名: The international journal of neuropsychopharmacology ページ: 1-7
  • DOI: 10.1093/ijnp/pyu038
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The piccolo intronic single nucleotide polymorphism rs13438494 regulates dopamine and serotonin uptake and shows associations with dependence-like behavior in genomic association study. (2015)
  • 著者名/発表者名: Uno K, Nishizawa D, Seo S, Takayama K, Matsumura S, Sakai N, Ohi K, Nabeshima T, Hashimoto R, Ozaki N, Hasegawa J, Sato N, Tanioka F, Sugimura H, Fukuda K, Higuchi S, Ujike H, Inada T, Iwata N, Sora I, Iyo M, Kondo N, Won M-J, Naruse N, Uehara K, Itokawa M, Yamada M, Ikeda K, Miyamoto Y, Nitta A.
  • 雑誌名: Current molecular medicine 巻: 15(3) ページ: 265-274
  • DOI: 10.2174/1566524015666150330145722
  • 査読あり
• [雑誌論文] Induction of neuronal axon outgrowth by Shati/Nat8l by energy metabolism in mice cultured neurons. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sumi K, Uno K, Matsumura S, Miyamoto Y, Furukawa-Hibi Y, Muramatsu S, Nabeshima T, Nitta A.
  • 雑誌名: Neuroreport 巻: 26(13) ページ: 740-746
  • DOI: 10.1097/WNR.0000000000000416
  • 査読あり
• [学会発表] ドパミンおよびGABA作動性神経系を介するアメリカ人参由来サポニンPF11のメタンフェタミンによる行動変化への抑制作用. (2016)
  • 著者名/発表者名: 傅柯ゼン、宮本嘉明、林慧洋、呉春福、楊静玉、宇野恭介、新田淳美
  • 学会等名: 第89回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-03-09 – 2016-03-11
• [学会発表] メタンフェタミン誘発行動変化とドパミン遊離をマウス側坐核でのピッコロノックダウンは抑制する. (2016)
  • 著者名/発表者名: 葛斌、宇野恭介、森下誠也、村松慎一、宮本嘉明、新田淳美
  • 学会等名: 第89回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-03-09 – 2016-03-11
• [学会発表] 精神疾患におけるプレシナプス性タンパク質Piccoloの関連. (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤慶治、宮本嘉明、稲垣良、袖山健吾、宇野恭介、鍋島俊隆、新田淳美
  • 学会等名: 第89回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-03-09 – 2016-03-11
• [学会発表] Accumbal TMEM168 overexpression in mice inhibits methamphetamine-induced hyperlocomotion and CPP. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fu Kequan, Miyamoto Yoshiaki, Saika Eriko, Muramatsu Shin-ichi, Uno Kyosuke, Nitta Atsumi
  • 学会等名: 平成27年度アルコール・薬物依存関連学会合同学術総会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-10-11 – 2015-10-13
• [学会発表] ドパミン神経系におけるN-アセチルトランスフェラーゼShati／Nat8lを介した機能制御メカニズム. (2015)
  • 著者名/発表者名: 宮本嘉明、宇野恭介、鍋島俊隆、新田淳美
  • 学会等名: 平成27年度アルコール・薬物依存関連学会合同学術総会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-10-11 – 2015-10-13
  • 招待講演
• [学会発表] 精神疾患患者における末梢血中SHATI/NAT8LのDNAメチル化率の低下. (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩田美奈、宇野恭介、宮崎杜夫、袖山健吾、山森英長、藤本美智子、安田由華、橋本亮太、宮本嘉明、鍋島俊隆、武田雅俊、新田淳美
  • 学会等名: 第45回日本神経精神薬理学会年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-09-24 – 2015-09-26
• [学会発表] マウス前頭前皮質での Piccolo ノックダウンによるシナプス機能障害. (2015)
  • 著者名/発表者名: 宮本嘉明、佐藤慶治、稲垣良、村松慎一、鍋島俊隆、宇野恭介、新田淳美
  • 学会等名: 第45回日本神経精神薬理学会年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-09-24 – 2015-09-26
• [学会発表] 培養神経細胞における精神疾患関連分子Shati/Nat8lの突起伸長への影響. (2015)
  • 著者名/発表者名: 宇野恭介、鷲見和之、松村祥平、宮本嘉明、古川-日比陽子、鍋島俊隆、村松慎一、新田淳美
  • 学会等名: 第66回日本薬理学会北部会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] Shati/Nat8l induces axon outgrowth via energy metabolism in the primary cultured neurons of mice. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nitta Atsumi, Sumi Kazuyuki, Uno Kyosuke, Matsumura Shohei, Miyamoto Yoshiaki, Furukawa-Hibi Yoko, Muramatsu Shin-ichi, Nabeshima Toshitaka
  • 学会等名: 第58回日本神経化学会大会
  • 発表場所: 大宮
  • 年月日: 2015-09-11 – 2015-09-13
• [学会発表] マウス前頭前皮質におけるPiccoloの発現低下による神経機能障害. (2015)
  • 著者名/発表者名: 新田淳美、稲垣良、佐藤慶治、村松慎一、鷲見和之、鍋島俊隆、宇野恭介、宮本嘉明
  • 学会等名: 生体機能と創薬シンポジウム2015
  • 発表場所: 船橋
  • 年月日: 2015-08-27 – 2015-08-28
• [学会発表] 精神疾患患者におけるSHATI/NAT8Lのプロモーター部位におけるDNAメチル化解析. (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩田美奈、宇野恭介、宮崎杜夫、菊地佑、袖山健吾、山森英長、藤本美智子、安田由華、橋本亮太、宮本嘉明、武田雅俊、新田淳美
  • 学会等名: 医療薬学フォーラム2015
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-07-04 – 2015-07-05
• [備考] 富山大学薬学部薬物治療研究室
  • URL: http://www.pha.u-toyama.ac.jp/yakuchi/top.html