生後発達期大脳における自閉症感受性遺伝子Auts2の生理機能の解明

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K07021
• 研究機関: 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター
• 研究代表者: 堀 啓 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 代謝研究部, 室長 (70568790)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 自閉症 / AUTS2 / シナプス / 大脳皮質 / 海馬

研究実績の概要

自閉症や統合失調症などの高次精神機能発達障害を分子レベルで明らかにすることを目標に、自閉症感受性遺伝子のひとつであるAutism susceptibility candidate 2 (Auts2) について研究を行っている。Auts2遺伝子は自閉症や知的障害を呈する多数の患者群で、主に相互転座などの染色体構造異常の認められる遺伝子座にあることが報告されており、また大脳皮質や海馬、小脳など、記憶学習や社会性の構築、記憶学習などの高次精神機能を司る重要な脳領域で強く発現していることから、これら精神疾患との関連性が強く示唆されてきた分子てある。しかしながら、脳の発生過程や成熟した脳でAuts2がどのような生理的役割を担っているのか未だ全く分かっていない。
本研究では、生後の脳発達過程の一つ、シナプス形成におけるAuts2の役割に着目して研究を進めている。これまでのところ、主に遺伝子改変マウスを用いた解析から、Auts2を欠損する変異マウス脳では野生型マウスと比べて興奮性シナプスが過剰に形成されることを見出した。これらシナプスの過剰形成は、特に内側前頭前皮質（mPFC）や側頭葉聴覚野神経細胞、海馬の錐体細胞で特に顕著に見られ、過去に行われた自閉症患者死後脳組織を用いた解析でもやはりこれらの脳領域で過剰なシナプスの形成が報告されていることは興味深い。さらに、上記Auts2変異マウス由来の海馬組織から調製した初代培養神経細胞においても、やはり同様の結果が得られている。
また、Auts2変異マウスを用いた一連の行動解析においては、記憶形成に障害を示し、さらに社会性の低下（他のマウスに興味を示さない）や、コミュニケーション能力の低下（マウス超音波発声解析による）を示すなど、ヒトの自閉症様症状を反映するような行動異常が認められた。

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

平成28年度の研究計画として、(1) 固定標本を用いた培養細胞レベルおよび組織レベルでの樹状突起スパインの定量的な解析を行うことを目標としていたが、両レベルにおける解析は順調に進行しており、概ね計画通りに定量的な実験結果が得られている。さらに29年度で行うことを予定していた、ライブイメージング解析による生きた神経細胞での樹状突起スパイン形成の動態観察についても、培養細胞レベルでは実験を開始しており実験系の確立がすでにできている。進行中ではあるが、Auts2変異マウス由来の海馬神経細胞では、単位時間あたりの樹状突起スパインの形成・消失のターンオーバーが野生型神経細胞と比べて非常に早くなっており、スパインの不安定化が認められている。
さらに、マウス個体を用いた行動解析についても、新たにマウス超音波発声（Ultrasonic vocalization）の解析系を立ち上げた。実際の解析において、成体Auts2変異マウスではオスマウスからメスマウスへ発せられる求愛のコール（chortship call）の頻度が著しく低下し、さらに発声パターンも単純化することを明らかにしている。また、研究計画に挙げている他の行動解析についてはすでに解析を終了しており、「研究実績の概要」で述べた様々な行動異常を見出している。
以上のことから、本研究の進行状況は概ね順調に進行していると考えられる。

今後の研究の推進方策

本研究からAuts2が生後発達期脳において、興奮性シナプスの形成に関与することが明らかとなり、正常脳においては適切なシナプスの数が維持されるよう制御する機能を持つことが示唆された。今後の方針として、(1) 現在用いているAuts2コンディショナルKOマウスは発生の初期から大脳でAuts2遺伝子を欠損するEmx1-Creマウスとの交配によって得られたマウスであり、シナプス形成過程におけるAuts2の機能については調べられるが、成熟脳において既に形成されたシナプスの安定化や維持、あるいは不要シナプスの除去（いわゆるシナプスの刈り込み）に関与するかどうかは明らかにできない。そこで、現在タモキシフェン誘導によって任意の時期にAuts2遺伝子をKOできるマウス（CaMKIIa-CreERT2）との掛け合わせを開始しており、平成29年度中には上記と同様の解析系を用いて検証する予定である。さらに、(2) シナプス恒常性の維持に関わるAuts2のさらに詳細な分子機能について明らかにするために、Auts2と相互作用する分子についてプロてオミクス解析により得られているデータから、さらにあるスクリーニングを行い、結合分子の同定を試みる。これらAUTS2および結合分子についてのシナプス形成における役割について、まずは生化学的な解析や初代培養神経細胞を用いた細胞生物学的な手法により検証し、さらに子宮内エレクトロポレーションなどを組み合わせたマウス組織レベルでの検証も行っていく予定である。また、AUTS2のシナプスにおける生理機能を明らかにするには、やはり電気生理学的な解析も必要であり、実験系の立ち上げをすでに行っている。

研究成果

• [国際共同研究] Institute of Protein Biochemistry/National Research Council of Italy(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: Institute of Protein Biochemistry/National Research Council of Italy
• [国際共同研究] Department of Molecular Neurobiology/Max Planck Inst of Exp. Med.(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Department of Molecular Neurobiology/Max Planck Inst of Exp. Med.
• [雑誌論文] Origins of oligodendrocytes in the cerebellum, whose development is controlled by the transcription factor, Sox9. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryoya Hashimoto, Kei Hori, Tomoo Owa, Satoshi Miyashita, Kenichi Dewa, Norihisa Masuyama, Kazuhisa Sakai, Yoneko Hayase, Yusuke Seto, Yukiko U. Inoue, Takayoshi Inoue, Noritaka Ichinohe, Yoshiya Kawaguchi, Haruhiko Akiyama, Schuichi Koizumi, Mikio Hoshino.
  • 雑誌名: Mechanisms of Development 巻: S0925-4773 ページ: 30007-7
  • DOI: doi.org/10.1016/j.mod.2016.02.004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 小脳プルキンエ細胞の発生制御における自閉症感受性遺伝子Auts2の生理機能の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: Kei Hori, Ryo Aoki, Asami Sakamoto, Tomoo Owa, Satoshi MIyashita, Manabu Abe, Maya Yamazaki, Kenji Sakimura and Mikio Hoshino.
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2016-07-20 – 2016-07-22