2020 年度実施状況報告書

恐怖・不安を制御する神経回路の発生プログラムの解明

研究課題

研究課題/領域番号	19K07263
研究機関	新潟大学
研究代表者	渡辺啓介新潟大学, 医歯学系, 講師 (20446264)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード	恐怖行動 / 中隔核 / 細胞移動 / Dpy19L1
研究実績の概要	恐怖や不安の中には経験に基づかない先天的な行動があることから、それらに関わる神経回路は、発生期において遺伝子レベルで設計、構築されていることが予想される。しかしながら、その分子メカニズムについてはほとんど明らかになっていない。私達は、これまで糖転移酵素Dpy19L1ノックアウト(KO)マウスにおいて、生来の恐怖行動が著しく減弱していること、さらに恐怖・不安行動に関わる後方中隔核の形成異常を呈することを見い出した。そこで本研究では、Dpy19L1の解析を通して、生来の恐怖行動を制御する神経回路形成の分子メカニズムの一端を明らかにすることを目的としている。全身性のDpy19L1 KOマウスのほとんどが生後一日以内に致死となり、生後のKOマウスの解析は難しかった。そこで本年度は、中枢神経系特異的Dpy19L1 KOマウスを作製し、恐怖行動解析および組織学的解析を実施した。中枢神経系特異的Dpy19L1 KOマウスはやや低体重を示すが、多くが3ヶ月齢まで生存することがわかった。そこで解析を進めた結果、全身性KOマウスと同様に、恐怖行動の減弱と後方中隔核形成異常を示した。このことから、恐怖行動および中隔核構築異常が発生期中枢神経系に発現するDpy19L1の機能に起因することが明らかとなった。また前年度から引き続き、発生期後方中隔核ニューロンの移動を制御するガイド機構について解析を行った。後方中隔核ニューロンは、間脳の前方端で誕生し、前方に長い距離を移動、間脳-終脳境界を越えた後、終脳の中隔核に加わる。後方中隔核ニューロンが、先に形成された海馬の出力線維である脳弓を足場として移動していることを明らかとし、論文として報告した。今後は、新たに領域特異的Dpy19L1 KOマウスを作製・解析することで、Dpy19L1による生来の恐怖行動の回路形成メカニズムを明らかにする。
現在までの達成度 (区分)	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発生期において、糖転移酵素Dpy19L1は海馬原基を含む大脳皮質に強く発現する(Watanabe et al., Development, 2011)。一方で、Dpy19L1 KOマウスは、大脳皮質から離れた後方中隔核の構築異常を示した。これまで両者の因果関係は全くわからなかった。今年度、Dpy19L1 KOマウスが示す恐怖行動の減弱と後方中隔核形成異常が、中枢神経系のDpy19L1によるものであることを明らかにした。さらに、後方中隔核の移動・形成には、海馬から伸びる神経束（脳弓）が必要であることを報告した (Watanabe et al., Sci. Rep., 2018, 2020)。また、中枢神経系特異的Dpy19L1 KOマウスにおいて、顕著な脳弓形成異常が観察できた。私達は以前Dpy19L1が大脳皮質神経細胞の軸索伸展を制御することを明らかにしている (Watanabe et al., Plos one, 2016)。これらの結果から、発生期大脳皮質に発現するDpy19L1は脳弓線維の形成を制御することで、間接的に後方中隔核の移動・形成に関わっていることを強く示唆することができた。
今後の研究の推進方策	本年度の成果から、発生期大脳皮質に発現するDpy19L1が、間接的に後方中隔核の発生に関わる可能性が考えられた。そこで、発生期大脳皮質特異的にCreを発現するNeurod6-Creマウスを利用することで、大脳皮質特異的Dpy19L1 KOマウスを作製する。現在Neurod6-Cre;Dpy19L1+/-マウスおよびDpy19L1lox/loxマウスの作製は完了している。今後は、これらのマウスを交配し、皮質特異的Dpy19L1 KO胎仔の解析を進めていく。大部分の実験は、全身性および中枢神経系特異的Dpy19L1 KOマウスの解析で終えているため、皮質特異的KOマウスについては、新生仔の組織学的解析に留める。また、Dpy19L1による糖鎖修飾の標的アミノ酸配列を持つ３種類のタンパク質について、発生期大脳皮質に発現することを確認している。現在、ノックダウン実験等によりこれらの分子が脳弓形成に関わるかを調べており、令和3年度も引き続き検討を行っていく。上記の実験と並行して、論文作成を進める。