母体低栄養と胎仔視床下部GABA-Clシステム変調による脳の発達障害機序の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K19682
• 研究機関: 浜松医科大学
• 研究代表者: 福田 敦夫 浜松医科大学, 医学部, 教授 (50254272)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2019-03-31
• キーワード: 発達障害 / 低栄養 / 胎児脳 / ストレス / 視床下部 / 精神疾患 / KCC2 / CRH

研究実績の概要

１．遺伝子改変マウス胎仔脳の神経細胞の発生・移動の解析：KCC2のThr906とThr1007のglutamateに置換した疑似リン酸化変異マウス胎仔での神経細胞の発生・移動をAlexa-EdUによる細胞分裂アッセイを用い野生型と比較した。スパイン形成は正常に認められたが、中隔、視床下部、海馬、大脳皮質の神経分布に異常がみられた。よって、胎仔期にKCC2のThr906とThr1007のリン酸化が適切に抑制されることが、神経細胞の発生・移動に重要であることが示唆された。出生前ストレスを受けたGAD67遺伝子ヘテロ欠損胎仔の網羅的DNAメチル化と遺伝子発現解析を行った結果、因果関係が疑われる遺伝子群が神経発生・分化・行動と関連することが明らかとなり、そのうちいくつかの遺伝子発現変化をRT-PCRで確認した。
２．母体低栄養／胎仔視床下部GABA-Clシステム変調モデルの解析：60%食餌制限を10日間行うと、AgRPニューロンでc-fosの発現がみられ、コルチコステロンの上昇が認められたが、CRHニューロンの細胞体ではc-fosの発現はみられず、CRHニューロン細胞体は興奮しないことが確認できた。一方、30分間の拘束ストレスではCRHニューロンの細胞体でc-fosの発現がみられた。母体低栄養の胎仔視床下部CRHニューロンでも、KCC2やVGATが変化する傾向を確認した。出生前ストレスを受けたGAD67遺伝子ヘテロ欠損胎仔ではPV陽性GABA細胞の発生が減少する。このモデルの生後8週齢で社会的行動、認知機能、感覚運動系機能の低下を認めた。さらに、脳波を記録してγ帯成分をパワースペクトラムで解析したところ、有意な減少を示した。以上から、精神疾患病態フェノタイプとの類似性を確認できた。

研究成果

• [国際共同研究] Yale School of Medicine(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Yale School of Medicine
• [国際共同研究] マインツ大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マインツ大学
• [雑誌論文] Pathogenic potential of human SLC12A5 variants causing KCC2 dysfunction (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuda Atsuo、Watanabe Miho
  • 雑誌名: Brain Research 巻: 1710 ページ: 1～7
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2018.12.025
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Alterations of GABAergic Neuron-Associated Extracellular Matrix and Synaptic Responses in Gad1-Heterozygous Mice Subjected to Prenatal Stress (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang Tianying、Sinha Adya Saran、Akita Tenpei、Yanagawa Yuchio、Fukuda Atsuo
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 12 ページ: 284
  • DOI: 10.3389/fncel.2018.00284
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Human epilepsy and animal model with mutations in KCC2. (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuda A.
  • 学会等名: 9th FAOPS
  • 国際学会
• [学会発表] Ca2+ signaling and ion channel activation in embryonic neurons in the medial ganglionic eminence. (2019)
  • 著者名/発表者名: Akita T, Fukuda A.
  • 学会等名: 9th FAOPS
  • 国際学会
• [学会発表] Developmental regulation of KCC2 phosphorylation is essential for GABA signaling and survival. (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M. Zhang J, Mansuri M, Duan J, Kahle KT, Fukuda A.
  • 学会等名: 9th FAOPS
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of orexin on the firing pattern of serotonergic dorsal raphe neurons. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi M, Molina NE, Fukuda A.
  • 学会等名: 9th FAOPS
  • 国際学会
• [学会発表] Prenatal stress on Gad1-heterozygotes perturbs development of GABAergic networks affecting behavior. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang T, Sinha AS, Mutoh H, Akita T, Yanagawa Y, Kawai T, Hata K, Fukuda A.
  • 学会等名: 9th FAOPS
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanisms underlying WNK3 kinase mediated regulation of neuronal excitability in prefrontal cortex. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Wang T, Hosoi Y, Sohara E, Akita T, Uchida S, Fukuda A.
  • 学会等名: 9th FAOPS
  • 国際学会
• [学会発表] CRH release regulation by GABAergic projection from arcuate nucleus using chemogenetic model. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yesmin R, Watanabe M, Fukuda A.
  • 学会等名: 9th FAOPS
  • 国際学会
• [学会発表] Gad1-heterozygotes subjected to prenatal stress undergo alterations in extracellular matrix associated with GABAergic neuron and inhibitory synaptic transmission. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Wang T, Akita T, Yanagawa Y, Fukuda A.
  • 学会等名: 第25回浜松医科学シンポジウム
• [学会発表] 細胞内タウリンによるPKC基質部位リン酸化を介したGABAA受容体膜移行維持機構. (2019)
  • 著者名/発表者名: 細井泰志, 渡部美穂, 秋田天平, 伊藤崇志, 福田敦夫.
  • 学会等名: 第5回国際タウリン研究会日本部会
• [学会発表] 胎生期大脳基底核原基の神経前駆細胞内Ca2+シグナリングについて. (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋田天平, 福田敦夫.
  • 学会等名: 第65回中部日本生理学会
• [学会発表] GABAによる抑制性伝達におけるカリウム-クロライド共役担体（KCC2）のリン酸化による機能制御の役割. (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂, Zhang J, Mansuri M, Duan J, Kahle KT, 福田敦夫.
  • 学会等名: 第65回中部日本生理学会
• [学会発表] 背側縫線核セロトニン作動性ニューロンにおけるオレキシン誘発性の発火後過分極増強と内向き電流への細胞外カルシウムの影響. (2018)
  • 著者名/発表者名: 石橋賢, Molina NE, 福田敦夫, Leonard CS.
  • 学会等名: 第65回中部日本生理学会
• [学会発表] Alterations of GABAergic Neuron-Associated Extracellular Matrix and Synaptic Responses in Gad1-Heterozygous Mice Subjected to Prenatal Stress. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Wang T, Mutoh H, Akita T, Yanagawa Y, Fukuda A.
  • 学会等名: 第65回中部日本生理学会
• [学会発表] Development of chemogenetic model to study physiological roles of the GABAergic projection from arcuate nucleus to the CRH nerve terminals. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yesmin R, Watanabe M, Fukuda A.
  • 学会等名: 第65回中部日本生理学会
• [学会発表] Effect of orexin on the firing pattern of serotonergic dorsal raphe neurons. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi M, Molina NE, Fukuda A, Leonard CS.
  • 学会等名: 第45回日本脳科学会
• [学会発表] てんかんにおけるGABAシナプスの役割. (2018)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫.
  • 学会等名: 第61回日本脳循環代謝学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Prenatal stress to the GAD67 heterozygous mice impairs GABA neurogenesis followed by physiological dysfunctions in postnatal life. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuda A.
  • 学会等名: 第40回日本生物学的精神医学会・第61回日本神経化学会大会 合同年会
  • 招待講演
• [学会発表] Prenatal stress on Gad1-heterozygotes selectively perturbs GABAergic neurogenesis, GABAergic synapse function and behavioral phenotypes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang T, Sinha AS, Mutoh H, Akita T, Yanagawa Y, Kawai T, Hata K, Fukuda A.
  • 学会等名: 第7回日本DOHaD学会
• [学会発表] Cl-ホメオダイナミクスとマルチモーダルGABA:脳での多彩な働き. (2018)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫.
  • 学会等名: 第65回脳の医学・生物学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] WNK3 Kinase regulates inwardly rectifying potassium channels in layer V pyramidal neurons of the mouse prefrontal cortex. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sinha AS, Hosoi Y, Sohara E, Mutoh H, Akita T, Uchida S, Fukuda A.
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] Prenatal stress on Gad1-heterozygotes selectively perturbs GABAergic neurogenesis, GABAergic synapse function and behavioral phenotypes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang T, Sinha AS, Mutoh H, Akita T, Yanagawa Y, Kawai T, Hata K, Fukuda A.
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] De novo mutants of CaMKIIα/β responsible for neurodevelopmental disorders upregulate A-type voltage-dependent K+ currents in hippocampal neurons. (2018)
  • 著者名/発表者名: Akita T, Aoto K, Kato M, Shiina M, Mutoh H, Nakashima M, Kuki I, Okazaki S, Magara S, Shiihara T, Yokochi K, Aiba K, Tohyama J, Ohba C, Miyatake S, Miyake N, Ogata K, Fukuda A, Matsumoto N, Saitsu H.
  • 学会等名: 第41回日本神経科学大会
• [学会発表] Regulated Phosphorylation of KCC2 at Thr906/Thr1007 is essential for activity-dependent Cl-extrusion during normal brain development. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, A.
  • 学会等名: FENS forum 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 神経・精神疾患の病因・病態仮説としてのマルチモーダル GABA. (2018)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫.
  • 学会等名: お茶の水ニューロサイエンスセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Maternal taurine modulate fetal brain development via intracellular and extracellular effectors. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, A.
  • 学会等名: The 21st International Taurine Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Diverse Actions of Astrocytes at GABAergic Tripartite Synapses in Seizures: Are they protective or exacerbative? (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, A.
  • 学会等名: 2018 Symposium on Functional Interactions among Glia and Neurons
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 浜松医科大学医学部神経生理学講座ホームページ
  • URL: http://www.hama-med.ac.jp/uni_education_igakubu_igaku_seiri1.html