超高磁場MR装置を用いたグルタミン酸興奮毒性の病態解明

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K10329
• 研究機関: 東京女子医科大学
• 研究代表者: 高梨 潤一 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (00302555)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: グルタミン酸 / モデルマウス / MRスペクトルスコピー

研究実績の概要

グルタミン酸は中枢神経系における主要な興奮性神経伝達物質であり、記憶や学習機能に重要な役割を果たしている。過剰に放出されたシナプス内グルタミン酸は、神経細胞障害を引き起こし種々の神経疾患の原因と考えられている。しかし、過剰なグルタミン酸が引き起こす脳化学変化は十分に解明されていない。
平成28年度はグルタミン酸トランスポーターコンディショナルノックアウト (GLT1 iKO) マウスの解析を施行した。本マウスはGLT1活性が正常に比べて30-40%に減少している。そのためシナプス内グルタミン酸のアストログリアへの取り込みが障害され、シナプス内グルタミン酸の蓄積が想定される。臨床的には過剰な毛繕い行動を呈する。放射線医学総合研究所の7テスラ前臨床MR装置（Avance-II, Bruker Biospin）を用い MRS (PRESS法, TR/TE/NEX= 4000/20/256, ROI=視床、基底核、皮質, VOI=3x3x3mm, 2x2x2mm, 3x3x1.5mm) を施行した。その結果、GLT1 iKOマウスでグルタミン（Gln）上昇、クレアチン（Cr）・コリン（Cho）・ミオイノシトール（mIns）・タウリン（Tau）低下が認められた。Glnが高値となる機序として、有害なグルタミン酸（Glu）でなく 無害なGlnとして蓄積させる生体メカニズムが想定された。mIns, Cho, Tauの低下は、Glnが同様に増加する肝性脳症・尿素サイクル異常症でも認められる変化である。Gln蓄積によるアスロトサイト浸透圧上昇に対応し、放出された結果と解釈される。
本研究により、シナプス内Glu過剰に対応する生体メカニズムの一端が解明された。

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

グルタミン酸トランスポーターコンディショナルノックアウト (GLT1 iKO) マウスに対するMRSによる脳代謝解析は、24-27年度の大脳白質形成不全症を中心とした研究を継続するものである。確立した測定技術のもと、信頼性のあるデータを取得できている。
平成28年度に施行したGLT1 iKOマウス研究成果は論文投稿中である。マウスで得られた成果をもとに、グルタミン酸毒性の想定されているけいれん重積型（二相性）急性脳症（AESD）の脳代謝についても並行して解析を施行している。

今後の研究の推進方策

引き続き、同様の方法で、リン脂質代謝酵素欠損マウス（Pnpla7変異マウス）の脳代謝を検討する。本マウスはCre-loxPシステムを用いてリン脂質代謝酵素遺伝子を欠損させたマウスであり、東京都立医学総合研究所・生体分子先端研究分野・脂質代謝プロジェクト・平林哲也博士から提供される。ホスホリパーゼA2（PLA2）は、脂質メディエーター産生や膜リン脂質リモデリングを介して神経変性や神経保護に関与すると考えられている。Pnpla7はPLA2ファミリーであり、その欠損が膜代謝ならびにグルタミン酸-グルタミンサイクル及ぼす変化を MRSを用いて解析する。MRSで得られた結果を、他の方法（マスイメージング解析、病理など）と比較検討する。

次年度使用額が生じた理由

実験動物MRSに関する最先端の情報収集、研究者との討論のため、研究代表者は欧州神経放射線学会 (39th ESNR セルビア・ベオグラード) に参加し論議した。旅費・その他（学会参加費）はおおむね予定通りの支出である。一方で、予定していた画像解析システムの購入を延期したこと、マウス脳免疫染色試薬などの新規購入が不要となったことから物品費が減少した。

次年度使用額の使用計画

平成29年度は本研究成果の報告、最先端のMRSに関する情報収集、研究者との討論のため欧州神経放射線学会 (40th ESNR スウェーデン・マルモ) への参加を予定し、そのための参加費・旅費支出を予定している。物品費として昨年度購入予定であった画像情報解析システムに加えて、MR試薬購入、マウスモデル脳の病理解析、論文校正の支出などを予定している。

研究成果

• [雑誌論文] Clinically mild infantile encephalopathy associated with excitotoxicity. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirai N, Yoshimaru D, Moriyama Y, Honda T, Yasukawa K, Takanashi J
  • 雑誌名: J Neurol Sci 巻: 373 ページ: 138-141
  • DOI: 10.1016/j.jns.2016.12.043
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of novel SNORD118 mutations in seven patients with leukoencephalopathy with brain calcifications and cysts. (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwama K,Mizuguchi T, Takanashi J, Shibayama H, Shichiji M, Ito S, Oguni H, Yamamoto T, Sekine A, Nagamine S, Ikeda Y, Nishida H, Kumada S, Yoshida T, Awaya T, Tanaka R, Chikuchi R, Niwa H, Oka Y, Miyatake S, Nakashima M, Takata A, Miyake N, Ito S, Saitsu H, Matsumoto N.
  • 雑誌名: Clin Genet 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1111/cge.12991
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elevated taurine and glutamate in cerebral juvenile xanthogranuloma on MR spectroscopy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsubara K, Mori H, Hirai N, Yasukawa K, Honda T, Takanashi J.
  • 雑誌名: Brain Dev 巻: 38 ページ: 964-967
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2016.07.001.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Association between invisible basal ganglia and ZNF335 mutations: a case report. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato R, Takanashi J, Tsuyusaki Y, Kato M, Saitsu H, Komiyama O, Takahashi T.
  • 雑誌名: Pediatrics 巻: 138 ページ: -
  • DOI: 10.1542/peds.2016-0897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activated microglia in acute encephalopathy with biphasic seizures and late reduced diffusion. J Neurol Sci 366: 91-3, 2016. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujita Y, Takanashi J, Takei H, Ota S, Fujii K, Sakuma H, Hayashi M
  • 雑誌名: J Neurol Sci 巻: 366 ページ: 91-93
  • DOI: 10.1016/j.jns.2016.04.050
  • 査読あり
• [学会発表] MRスペクトルスコピーで診る急性期脳病態 (2016)
  • 著者名/発表者名: 髙梨潤一
  • 学会等名: 第35回日本蘇生学会
  • 発表場所: 久留米シティプラザ（福岡県久留米市）
  • 年月日: 2016-11-01 – 2016-11-02
  • 招待講演
• [学会発表] Neuroimaging in encephalopathy in Japan (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanashi Jun-ichi
  • 学会等名: International Symposium on Acute Encephalopathy in Infancy and Its Related Disorders (ISAE 2016)
  • 発表場所: 一ツ橋ホール（東京都千代田区）
  • 年月日: 2016-07-01 – 2016-07-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MRスペクトルスコピーで診る脳代謝 (2016)
  • 著者名/発表者名: 髙梨潤一
  • 学会等名: 第58回日本小児神経学会学術集会
  • 発表場所: 新宿京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • 年月日: 2016-06-02 – 2016-06-05
  • 招待講演