母体低栄養が新発見のGABA作動性CRH放出経路を介して仔の脳発達に与える影響

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02661
• 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)
• 研究分担者: 才津 浩智 浜松医科大学, 医学部, 教授 (40402838) ; 和氣 弘明 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (90455220)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: GABA / CRH / AgRP / 低栄養 / 弓状核

研究実績の概要

１．新規HPA軸が低栄養時のグルココルチコイド放出経路である証明
CRH神経終末に投射するGABA神経がAgRPニューロンであることを電顕と免染で確認した。AgRP Cre::DREADDマウスへのCNO投与により AgRP 細胞を直接刺激し、弓状核内のAgRPニューロンと室傍核内のCRHニューロン細胞体の活性化をc-fosの発現により確認した。ついで-40%食餌制限を10日間行い、低栄養に反応する AgRPニューロンは CRHニューロン細胞体を活性化しないことを明らかにした。CRH Cre :: NKCC1 floxマウスを用いて、食餌制限負荷後のコルチコステロン分泌が野生型に比べて低下することを確認し、新規HPA軸が低栄養時のグルココルチコイド放出経路であることを証明した。
２．胎仔における既知HPA軸と新規HPA軸の発達過程の同定
胎仔CRH細胞でのCRHとKCC2の発現時期を経時的に確認し、既知HPA軸の発達時期を検討した。新規HPA軸に関しても正中隆起へのCRH投射とGABA投射の完成時期とNKCC1発現時期を経時的に確認した。
３．低栄養時の母体と胎仔における既知・新規HPA軸反応の確認
母獣の摂餌制限（-30%）を妊娠10.5－19.5日に行い、胎生期低栄養モデルマウスを作製した。母体のコルチコステロン（CORT）の上昇を確認した。胎仔でもCORTを測定したが、胎仔脳のc-fosの発現は弓状核でも室傍核でも確認できなかった。サンプリングのタイミングや組織固定法などの条件を変えてさらに検討を行った。

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

CRH神経終末に投射するGABA-AgRPニューロンが新規HPA軸であり、これが低栄養時のグルココルチコイド放出経路であることを証明できた（論文投稿中）。

今後の研究の推進方策

１．胎仔における既知HPA軸と新規HPA軸の解剖学的発達過程の同定
昨年に引き続き以下の項目を行う。CRH-GCaMP3マウス、AgRP-mCitrine-DREADDマウスを用い、胎仔CRH細胞でのCRHとKCC2の発現時期を同定し、既知HPA軸の発達時期を確認する。新規HPA軸に関しても正中隆起へのCRH投射とGABA（AgRP-mCitrine）投射の完成時期とNKCC1発現時期を明らかにする。
２．胎仔における既知HPA軸と新規HPA軸の生理学的発達過程の同定
弓状核―正中隆起脳スライス標本でAgRP細胞（mCitrine）からパッチクランプで記録したグルココルチコイド、グレリン、レプチン応答性の膜電流および細胞内Ca2+応答（Ca2+指示薬）を確認する。CNOを還流投与してAgRP細胞を選択的に興奮させ、正中隆起の細胞内Ca2+応答をCRH神経終末（GCaMP3）で記録して、弓状核AgRP細胞から正中隆起CRH軸索終末への興奮性GABA作用による新規経路の機能的完成時期を同定する。
３．低栄養時の母体と胎仔における既知・新規HPA軸反応の確認
昨年に引き続き以下の項目を行う。母獣の摂餌制限（-30%）を妊娠10.5－19.5日に行い、胎生期低栄養モデルマウスを作製する。母体のコルチコステロン（CORT）の上昇をまず明らかにする。AgRP Cre::Gad67 flox および CRH Cre::NKCC1 flox マウス母獣を低栄養にして、弓状核から正中隆起CRH終末へのGABA入力の興奮性を消去した低栄養母体のCORTを測定し、新規HPA軸の栄養モニター機能を証明する。胎仔でもCORTを測定し、胎仔脳のc-fosの発現部位を蛍光標識されたAgRP細胞とCRH細胞で検討して、母体低栄養に対する胎仔の新規および既知HPA軸反応の役割を明らかにする。

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] Elucidation of pathological mechanism caused by human disease mutation in CaMKIIβ (2022)
  • 著者名/発表者名: Mutoh H, Aoto K, Miyazaki T, Fukuda A, Saitsu H.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience Research 巻: 100 ページ: 880-896
  • DOI: 10.1002/jnr.25013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orchestration of Ion Channels and Transporters in Neocortical Development and Neurological Disorders (2022)
  • 著者名/発表者名: Bando Y, Ishibashi M, Yamagishi S, Fukuda A, Sato K.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 16 ページ: 827284
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.827284
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GABAA receptors and maternally derived taurine regulate the temporal specification of progenitors of excitatory glutamatergic neurons in the mouse developing cortex. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tochitani S, Furukawa T, Bando R, Kondo S, Ito T, Matsushima Y, Kojima T, Matsuzaki H, Fukuda A.
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 31 ページ: 4554-4575
  • DOI: 10.1093/cercor/bhab106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional MHCI deficiency induces ADHD-like symptoms with increased dopamine D1 receptor expression (2021)
  • 著者名/発表者名: Meng Hong-Rui, Suenaga T, Edamura M, Fukuda A, Ishida Y, Nakahara D, Murakami G.
  • 雑誌名: Brain, Behavior, and Immunity 巻: 97 ページ: 22-31
  • DOI: 10.1016/j.bbi.2021.05.015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ATP6V0A1 encoding the a1-subunit of the V0 domain of vacuolar H+-ATPases is essential for brain development in humans and mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Aoto K, Kato M, Akita T, Nakashima M, Mutoh H, Akasaka N, Tohyama J, Nomura Y, Hoshino K, Ago Y, Tanaka R, Epstein O, Ben-Haim R, Heyman E, Miyazaki T, Belal H, Takabayashi S, Ohba C, Takata A, Mizuguchi T, Miyatake S, Miyake N, Fukuda A, Matsumoto N, Saitsu H.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 2107
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22389-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Cl-ホメオダイナミクスとマルチモーダル GABA:中部生理学会からの展開. (2022)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫
  • 学会等名: 第99回日本生理学会大会
• [学会発表] Orexin receptor activation induces a novel slow afterhyperpolarization in serotonergic dorsal raphe neurons. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi M, Fukuda A, Leonard CS.
  • 学会等名: 第99回日本生理学会大会
• [学会発表] Regulated KCC2 phosphorylation is critical for dynamic GABA-mediated inhibition. (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Kahle KT. Fukuda A.
  • 学会等名: 第99回日本生理学会大会
• [学会発表] 胎生期ストレスとGad1ヘテロ欠損の二重ヒットによるDNAメチル化により惹起された神経細胞分化と回路の運命転化. (2022)
  • 著者名/発表者名: 王天英, Adya Saran Sinha, 柳川右千夫, 河合智子, 秦健一郎, 福田敦夫.
  • 学会等名: 第30回日本病態生理学会大会
• [学会発表] Caloric restriction mediated hypothalamic-pituitary-adrenal axis regulation is dependent on a subset of AgRP neuronal activation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yesmin R, Watanabe M, Sinha AS, Ishibashi M, Akita T, Fukuda A.
  • 学会等名: 第48回日本脳科学会
• [学会発表] オレキシンは縫線核セロトニン作動性ニューロンにおいて非選択的陽イオンチャネルの閉口による発火後過分極を誘発する. (2021)
  • 著者名/発表者名: 石橋賢，福田敦夫，Leonard S Christopher.
  • 学会等名: 第68回中部日本生理学会
• [学会発表] 発達性てんかん性脳症を引き起こすKv2.1 R306C 変異の大脳皮質錐体神経発火活動への影響について. (2021)
  • 著者名/発表者名: 秋田天平，青戸一司，才津浩智，福田敦夫.
  • 学会等名: 第68回中部日本生理学会
• [学会発表] リン酸化によるカリウム-クロライド共輸送体(KCC2)の機能制御. (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡部美穂, Kahle KT, 福田敦夫.
  • 学会等名: 第68回中部日本生理学会
• [学会発表] 母体ストレスが胎児に与える影響：動物モデルからの警鐘. (2021)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫
  • 学会等名: 第９回新胎児学研究会
• [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: https://www.hama-med.ac.jp/education/fac-med/dept/neurophysiology/index.html
• [備考] 浜松医大プレスリリース（Nature Communicationsへ研究成果公表）
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/topics/2021/26884.html
• [備考] 浜松医大プレスリリース（Cerebral Cortexへ研究成果公表）
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/topics/2021/26955.html
• [備考] 浜松医大プレスリリース（Brain, Behavior, and Immunityへ研究成果公表）
  • URL: https://www.hama-med.ac.jp/topics/2021/27089.html
• [備考] みらいぶっく 学問・大学なび【最先端研究を訪ねて】
  • URL: https://www.sekaiwokaeyo.com/ni153/