精神疾患における脳内グルタミン酸動態変調の可視化解析

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K08543
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大久保 洋平 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (40422282)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 統合失調症 / うつ病 / グルタミン酸 / 脳・神経 / 薬理学

研究実績の概要

精神疾患のメカニズムは未だ不明な点が多く、既存の治療法は社会的要請を十分に満たしていない。近年、脳内のグルタミン酸シグナリング動態の変調が疾患の原因として注目を集めているが（グルタミン酸仮説）、肝心のグルタミン酸動態について十分な知見が得られていない。そこで本研究では、統合失調症およびうつ病を主な研究対象として、申請者らが開発した独創的なグルタミン酸蛍光イメージング法を適用し、病態モデル動物の脳内グルタミン酸動態変調とその機構を明らかにする。これにより、グルタミン酸仮説を直接的に検証し、疾患メカニズムの解明と新規創薬に資する知見を得ることを目指す。
本研究ではグルタミン酸仮説が強く示唆されている統合失調症およびうつ病を主な解析対象とする。実験動物としては、将来的な遺伝子改変病態モデルとの比較や応用を見据え、マウスを用いる。病態マウスを作出し、脳各部位から網羅的にスライス標本を作製し、病態に伴うグルタミン酸動態変調の全容を捉えることを目指す。神経細胞およびアストロサイトによるグルタミン酸の放出と取り込みの動的相互作用を切り分けて解析することで、グルタミン酸動態変調のメカニズムを明らかにする。さらに、グルタミン酸仮説に基づく治療薬候補分子および既存のモノアミン系標的薬の、グルタミン酸動態への薬理作用を直接的に解明する。加えてin vivoでの観察も行い、生体内においてグルタミン酸仮説を直接検証する。
本年度は健常動物から得た脳スライス標本を用い、自発グルタミン酸動態の特性の確認を行った。また統合失調症関連薬物の投与がグルタミン酸動態へ与える影響を解析した。

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

イオンチャネル型グルタミン酸受容体であるNMDA受容体の遮断薬が、統合失調症様症状を惹起するという知見や、即効性の抗うつ作用を示すという知見などから、グルタミン酸－NMDA受容体シグナリングの変調が統合失調症やうつ病の原因であるとする「グルタミン酸仮説」が提唱された。しかしながら、このグルタミン酸仮説の背景にあるメカニズムについては、これまでは有用なグルタミン酸動態測定法が存在しなかったために、十分な知見が得られていない。そこで申請者らは、グルタミン酸蛍光イメージング法という新たな手法を適用することで、精神疾患脳におけるグルタミン酸動態の変調を明らかにすることを目指す。
本年度はまず今後の解析の基盤として、大脳皮質スライス標本におけるグルタミン酸蛍光イメージング技術の確立を行った。さらに確立したイメージング法を適用し、自発的に惹起されるグルタミン酸動態を確認した。この過程で従来は知られていなかった自発的グルタミン酸動態を発見した。実験技術の確立と未知の知見の発見という成果を得ており、研究は順調に進展していると考えられる。現在、この新規グルタミン酸動態のメカニズムと今後の研究への応用可能性を検討している。
また統合失調症様症状誘導薬であるNMDA受容体遮断薬・MK-801をスライス標本に投与し、グルタミン酸動態へ与える影響を解析した。現在のところ顕著な変調は検出できていないが、今後さらに解析を進める予定である。

今後の研究の推進方策

イオンチャネル型グルタミン酸受容体であるNMDA受容体の遮断薬が、統合失調症様症状を惹起するという知見や、即効性の抗うつ作用を示すという知見などから、グルタミン酸－NMDA受容体シグナリングの変調が統合失調症やうつ病の原因であるとする「グルタミン酸仮説」が提唱された。しかしながら、このグルタミン酸仮説の背景にあるメカニズムについては、これまでは有用なグルタミン酸動態測定法が存在しなかったために、十分な知見が得られていない。そこで申請者らは、グルタミン酸蛍光イメージング法という新たな手法を適用することで、精神疾患脳におけるグルタミン酸動態の変調を明らかにすることを目指す。
本年度はまず今後の解析の基盤として、大脳皮質スライス標本におけるグルタミン酸蛍光イメージング技術の確立を行った。さらに確立したイメージング法を適用し、自発的に惹起されるグルタミン酸動態を確認した。この過程で従来は知られていなかった自発的グルタミン酸動態を発見した。実験技術の確立と未知の知見の発見という成果を得ており、研究は順調に進展していると考えられる。現在、この新規グルタミン酸動態のメカニズムと今後の研究への応用可能性を検討している。
また統合失調症様症状誘導薬であるNMDA受容体遮断薬・MK-801をスライス標本に投与し、グルタミン酸動態へ与える影響を解析した。現在のところ顕著な変調は検出できていないが、今後さらに解析を進める予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Nitric Oxide-induced Activation of the Type 1 Ryanodine Receptor Is Critical for Epileptic Seizure-induced Neuronal Cell Death (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Mikami, Kazunori Kanemaru, Yohei Okubo, Takuya Nakaune, Junji Suzuki, Kazuki Shibata, Hiroki Sugiyama, Ryuta Koyama, Takashi Murayama, Akihiro Ito, Toshiko Yamazawa, Yuji Ikegaya, Takashi Sakurai, Nobuhito Saito, Sho Kakizawa, Masamitsu Iino
  • 雑誌名: EBioMedicine 巻: 11 ページ: 253-261
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2016.08.020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Whisker experience‐dependent mGluR signaling maintains synaptic strength in the mouse adolescent cortex (2016)
  • 著者名/発表者名: Jun Kubota, Yoshinori Mikami, Kazunori Kanemaru, Hiroshi Sekiya, Yohei Okubo, Masamitsu Iino
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 巻: 44 ページ: 2004-2014
  • DOI: 10.1111/ejn.13285
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] アストロサイト機能の解析に向けた小胞体内腔Ca2+動態可視化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大久保 洋平、金丸 和典、飯野 正光
  • 学会等名: 第90回 日本薬理学会年会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2017-03-15 – 2017-03-17
• [学会発表] 成熟マウス大脳皮質におけるmGluRを介した経験依存性シナプス維持機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大久保 洋平、久保田 淳、三上 義礼、金丸 和典、関谷 敬、飯野 正光
  • 学会等名: 生理研研究会「生体シグナルダイナミクス研究会」
  • 発表場所: 生理学研究所（愛知県岡崎市）
  • 年月日: 2016-09-15 – 2016-09-16
• [学会発表] 成熟マウス大脳皮質におけるmGluRを介した経験依存性シナプス維持機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大久保 洋平、久保田 淳、三上 義礼、金丸 和典、関谷 敬、飯野 正光
  • 学会等名: 第134回 日本薬理学会関東部会
  • 発表場所: 国際医療福祉大学（栃木県大田原市）
  • 年月日: 2016-07-06
• [備考] 東京大学大学院医学系研究 科細胞分子薬理学教室
  • URL: http://calcium.cmp.m.u-tokyo.ac.jp/