神経細胞におけるクラスII ARFの膜輸送機構の解明

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K06900
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 定方 哲史 群馬大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (90391961)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: PHYHIPL / SNP / cerebellum

研究実績の概要

ヒトSNPに関する大量のデータが、NCBI等の世界中のSNPデータベースに日々蓄積されている。これらは様々な国で大規模で調べられたSNPがアップロードされ、公開されているものである。このデータベースに関しては、様々な検索法が可能であり、有益な情報を抽出することが可能である。
SNPの中には、多数の健常者においてヘテロで同定されているにも関わらず、ホモで有する健常者が同定されていないものがある。ホモで有する場合、何らかの疾患を発症するためと考えられる。実際にそのようなSNPの殆どに関して、特定の疾患との関連が報告されている。しかし、極めて少数であるが、疾患との関連が未だ報告されてないものがある。
phytanoyl-CoA 2-hydroxylase interacting protein-like (PHYHIPL)は脳に特異的な発現を示すが機能不明の遺伝子である。開始コドン直後の19番目のセリンが終止コドンに置き換わる点変異がヒトにおいて同定されていることがデータベースの検索により分かった。さらに、この変異をヘテロで有する健常者が多数同定されているにも関わらず、ホモで有する健常者は見つかっていなかった。つまり何らかの疾患に関与している可能性が高い。
我々はCRISPR/Cas9システムによりPHYHIPLのヒトで同定された変異を導入したマウスを作製し、解析を行った。その結果、このマウスは小脳プルキンエ細胞の形態の異常、プルキンエ細胞に投射する登上線維の異常、プルキンエ細胞に投射する抑制性シナプスの減少、小脳性強調運動の異常を示した。これらの結果から、この変異は何らかの小脳関連疾患の原因である可能性が示唆された。
今回の報告内容により遺伝子の変異と疾患の関連性を示唆することで、今まで収集されてきたSNPデータを有効に利用する研究ストラテジーを示すことができたと考えている。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画は以下の論文で報告済みである。
Deletion of class II ARFs in mice causes tremor by the Nav1.6 loss in cerebellar Purkinje cell axon initial segments.Nobutake Hosoi, Koji Shibasaki, Mayu Hosono, Ayumu Konno, Yo Shinoda, Hiroshi Kiyonari, Kenichi Inoue, Shin-ichi Muramatsu, Yasuki Ishizaki, Hirokazu Hirai, Teiichi Furuichi, Tetsushi Sadakata.Journal of Neuroscience. 39 (32), p6339-6353 (2019).
今回はさらに進展した内容を以下の論文にて発表した。
The Ser19Stop single nucleotide polymorphism (SNP) of human PHYHIPL affects the cerebellum in mice.Hisako Sugimoto, Takuro Horii, Jun-Na Hirota, Yoshitake Sano, Yo Shinoda, Ayumu Konno, Hirokazu Hirai, Yasuki Ishizaki, Hajime Hirase, Izuho Hatada, Teiichi Furuichi, Tetsushi Sadakata.Molecular Brain. 14(1): 52, p1-9 (2021).

今後の研究の推進方策

Synaptotagmin Iは、小胞が分泌する際のカルシウムセンサーとして知られるタンパク質である。遺伝子解析において、199番目のアルギニンが終止コドンに置き換わる点変異が同定されている（この変異によりN末側のC2Aドメインの途中で終止コドンが入る）。この変異を挿入したマウスを作製したところ、ホモ接合体は全欠失変異マウス以上に早い段階（生後直後）で死亡した（論文未発表）。
Semaphorin 4Cは、Plexin-B2と結合する一回膜貫通タンパク質であり、693番目のグルタミン酸が終止コドンに置き換わる点変異が同定されている。この変異は、ほぼ細胞内領域が欠失したSemaphorin 4Cを産生する。
以上２つのマウスについて今後解析予定である。

次年度使用額が生じた理由

論文投稿に必要以上の時間がかかったため、実験に割ける時間が当初の予定より少なく、消耗品等の購入費が少なくなった。
来年度はその分実験量が増えると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] The Ser19Stop single nucleotide polymorphism (SNP) of human PHYHIPL affects the cerebellum in mice. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hisako Sugimoto, Takuro Horii, Jun-Na Hirota, Yoshitake Sano, Yo Shinoda, Ayumu Konno, Hirokazu Hirai, Yasuki Ishizaki, Hajime Hirase, Izuho Hatada, Teiichi Furuichi, Tetsushi Sadakata.
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 52 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1186/s13041-021-00766-x.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Absence of thyroid hormone induced delayed dendritic arborization in mouse primary hippocampal neurons through insufficient expression of brain-derived neurotrophic factor. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Yajima, Izuki Amano, Sumiyasu Ishii, Tetsushi Sadakata, Wataru Miyazaki, Yusuke Takatsuru, Noriyuki Koibuchi.
  • 雑誌名: Frontiers in Endocrinology 巻: 12 ページ: 1-13
  • DOI: 10.3389/fendo.2021.629100. eCollection 2021.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CAPS1 is involved in hippocampal synaptic plasticity and hippocampus-associated learning. (2021)
  • 著者名/発表者名: Chiaki Ishii, Natsumi Shibano, Mio Yamazaki, Tomoki Arima, Yuna Kato, Yuki Ishii, Yo Shinoda, Yugo Fukazawa, Tetsushi Sadakata, Yoshitake Sano, Teiichi Furuichi.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1038/s41598-021-88009-w.
  • 査読あり
• [雑誌論文] CAPS2 deficiency impairs the release of the social peptide, oxytocin, as well as oxytocin-associated social behavior. (2021)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Fujima, Ryosuke Yamaga, Haruka Minami, Shota Mizuno, Yo Shinoda, Tetsushi Sadakata, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Yoshitake Sano, Teiichi Furuichi.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: － ページ: －
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3240-20.2021.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nav1.6の軸索起始部への輸送異常と本態性振戦 (2021)
  • 著者名/発表者名: 定方哲史
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 巻: 39 ページ: －