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2014 年度 実施状況報告書

遺伝子改変マウスを用いたGABAの神経再生・可塑性誘導に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 26430037
研究機関琉球大学

研究代表者

高山 千利  琉球大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (60197217)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードγアミノ酪酸(GABA) / グルタミン酸脱炭酸酵素(GAD) / 小胞型GABAトランスポーター(VGAT) / K+, Cl- 共輸送体(KCC2) / 行動検査 / ヘテロ接合体 / 顔面神経 / 舌下神経
研究実績の概要

GABAは成熟動物の中枢神経系において、抑制性神経伝達物質として働く。一方、幼弱期には興奮性に作用し、神経系の形態形成に関与すると考えられている。我々は、これまでの研究で以下のことを明らかにしてきた。(Takayamaら 2006, 2007, 2010, Kinら 2014, Kosakaら 2012, Tatetsuら2012, Takayama & Kim 2013, Kimら準備中)1.幼弱期、GABAはシナプス外に放出され、興奮性に作用する。2.GABAシナプス、GABA入力の増加にともなってGABAの作用が抑制性に変化する。3.神経軸索の損傷後、再生(再伸長)時に、GABAの作用が興奮性に変化し、機能回復とともに、抑制性に戻る。
以上の結果を踏まえて、本申請の研究において、GABAシグナルに関与する分子の発現が、損傷神経軸索の再生に影響を与えるか否か神経損傷モデルマウスを用いて解析した。注目した分子は、GABAの合成を担うグルタミン酸脱炭酸酵素(GAD),GABA及びグリシンの小胞放出に関与する小胞型GABAトランスポーター(VGAT)、そして、GABAの作用を興奮性から抑制性にシフトするK+, Cl-, 共輸送体(KCC2)、の3つでありいずれの分子も完全欠損では生後呼吸不全などで生存できないため、2か月齢のヘテロマウス(いずれも発現量が半分)を用いた。顔面神経損傷モデルを作成し、その後の回復経過を顔面神経の機能を指標に解析した。その結果、VGATのヘテロマウスでは、回復が遅れた。一方、KCC2とGADのヘテロマウスでは回復が促進されていた。このことから、以下のことが推測された。
1.GABAの興奮性は、軸索の再伸長を加速する。2.GABA・グリシンの開口放出の減少は軸索の再生を阻害する。3.VGATとGADで逆の結果が示されたことから、グリシンの変化を今後検討する必要があると考えている。

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

研究を始めるにあたって、GAD,KCC2, VGATの3つの分子は神経再生に重要な役割を果たしていることは確信していたが、発現量が半減しただけで変化が現れるか不透明であった。再生過程に影響が出るかどうかが、本研究の最も重要な点であり、その結果が初年度に得られたことから、おおむね順調といえる。現在、症例数を増やして行動解析の再現性を確認するとともに、再生に伴って変化するシグナル分子(内部コントロール)の発現変化を解析中である。これまでの、正常マウスの顔面神経損傷モデルを用いた解析から、神経切断により運動ニューロンの神経伝達物質であるアセチルコリンの合成酵素コリンアセチルトランスフェラーゼ(ChAT)が著しく減少し、軸索の再到達とともに増加することがわかっている(Tatetsuら2012, Kimら準備中)。一方、カルシトニン関連ペプチド(CGRP)とガラニンが損傷ニューロンで発現が増加し、症状の回復とともに正常レベルに戻っていた。行動解析とともに、これらの神経再生によって増減する内部コントロール分子の発現・局在変化をモニターし、得られた結果の裏付けを行っている。

今後の研究の推進方策

進行状況で述べたとおり、症例数を増やし再現性を確認するとともに、内部コントロール分子の発現・局在変化を詳細に解析して、結果を強固なものにする。合わせて、VGATとGADで食い違う結果のメカニズムを解析する目的で、グリシン系入力の変化(グリシントランスポーターの発現・局在)を解析する必要がある。これらの解析を通じて、GABAシグナルと軸索再生との関係を明らかにする予定である。
最終年度には、KCC2の阻害薬及びGABAA受容体の作用薬、グリシン受容体の作用薬を用いて、GABA・グリシンの興奮性を増強した場合の変化を解析し、治療への応用を計画している。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (16件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Gamma-oryzanol protects pancreatic β-cells against endoplasmic reticulum stress in male mice.2015

    • 著者名/発表者名
      Kozuka C., Sunagawa S., Ueda R., Higa M., Tanaka H., Shimizu-Okabe C., Ishiuchi S., Takayama C., Matsushita M., Tsutsui M., Miyazaki J.I., Oyadomari S., Shimabukuro M., and Masuzaki H.
    • 雑誌名

      Endocrinology

      巻: 156 ページ: 1242-1250

    • DOI

      10.1210/en.2014-1748.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] KCC2-mediated regulation of respiration-related rhythmic activity during postnatal development in mouse medulla oblongata.2015

    • 著者名/発表者名
      Okabe A., Shimizu-Okabe C., Arata A., Konishi S., Fukuda A., and Takayama C.
    • 雑誌名

      Brain Res.

      巻: 1601 ページ: 31-39

    • DOI

      10.1016/j.brainres.2015.01.007.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification of a novel cell-penetrating peptide targeting human glioblastoma cell lines as a cancer-homing transporter.2015

    • 著者名/発表者名
      Higa M., Katagiri C., Shimizu-Okabe C., Tsumuraya T., Sunagawa M., Nakamura M., Ishiuchi S., Takayama C., Kondo E., and Matsushita M.
    • 雑誌名

      Biochem. Biophys. Res. Commun.

      巻: 457 ページ: 206-212

    • DOI

      101016/j.bbrc.2014.12.089

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dietary supplementation with sodium nitrite can exert neuroprotective effects on global cerebral ischemia/reperfusion in mice.2015

    • 著者名/発表者名
      Fukuda T, Kakinohana M, Takayama C, Matsushita M, Sugahara K
    • 雑誌名

      J Anesth

      巻: Published online ページ: online

    • DOI

      10.1007/s00540-014-1968-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of neuropsin in parvalbumin immunoreactivity changes in hippocampal basket terminals of mice reared in various environments.2014

    • 著者名/発表者名
      Suzuki H., Kanagawa D., Nakazawa H., Tawara-Hirata Y., Kogure Y., Shimizu-Okabe C., Takayama C., Ishikawa Y., and Shiosaka
    • 雑誌名

      Front. Cell Neurosci

      巻: 8 ページ: 1-10

    • DOI

      10.3389/fncel.2014.00420.eCollection 2014.

    • 査読あり
  • [学会発表] Sequential embryonic development of GABAergic input the hypothalamus2015

    • 著者名/発表者名
      Shimizu-Okabe C., Kobayashi M., Kim J., Niizaki A., Matsushita M., Masuzaki H., and Takayama C.
    • 学会等名
      第38回日本神経科学会
    • 発表場所
      神戸市 神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-07-28 – 2015-07-31
  • [学会発表] Development of glycinergic system in the mouse spinal cord.2015

    • 著者名/発表者名
      Sunagawa M., Shimizu-Okabe C., Kim J., Kobayashi S., and Takayama C.
    • 学会等名
      第38回日本神経科学会
    • 発表場所
      神戸市 神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-07-28 – 2015-07-31
  • [学会発表] 玄米由来生理活性物質が担う新規の膵島機能・インスリン分泌調節機構の解明、2015

    • 著者名/発表者名
      小塚智沙代、比嘉盛丈、田仲秀明、砂川澄人、植田玲、清水千草、高山千利、松下正之、親泊政一、島袋充生、益崎裕章
    • 学会等名
      第58回 日本糖尿病学会年次学術集会
    • 発表場所
      山口県下関市 海峡メッセ下関ほか
    • 年月日
      2015-05-21 – 2015-05-24
  • [学会発表] 玄米有効成分による膵内分泌機能改善の新たな分子機構2015

    • 著者名/発表者名
      小塚智沙代、砂川澄人、比嘉盛丈、池間朋己、田仲秀明、清水千草、高山千利、松下正之、親泊政一、島袋充生、益崎裕章
    • 学会等名
      第52回 日本臨床分子医学会学術集会
    • 発表場所
      京都市 みやこめっせ
    • 年月日
      2015-04-10 – 2015-04-11
  • [学会発表] Kinase activity of TRPM7 regulates lipid metabolism.2015

    • 著者名/発表者名
      Katagiri C., Taku K., Shimizu C., Kozuka C., Konishi M., Tomizawa K., Takayama C., Mazuzaki H., Kozak A., and Matsushita M.
    • 学会等名
      第120回日本解剖学会・第92回日本生理学会合同大会
    • 発表場所
      神戸市 神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-23
  • [学会発表] Identification of novel target genes of mood stabilizer treatment.2015

    • 著者名/発表者名
      Takamatsu G., Shimizu C., Katagiri C., Tsumuraya T., Hayakawa T., Kondo T., and Takayama C., Matsushita M.
    • 学会等名
      第120回日本解剖学会・第92回日本生理学会合同大会
    • 発表場所
      神戸市 神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-23
  • [学会発表] GABAergic signaling in the developing CNS-GABAergic neurons and GABAA receptors.2015

    • 著者名/発表者名
      Takayama C., and Shimizu C.
    • 学会等名
      第120回日本解剖学会・第92回日本生理学会合同大会
    • 発表場所
      神戸市 神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-23
  • [学会発表] Perinatal modulations of the respiration-related rhythmic activities by GABA and Cl- co-transporters2015

    • 著者名/発表者名
      Okabe A., Shimizu C., and Takayama C.
    • 学会等名
      第120回日本解剖学会・第92回日本生理学会合同大会
    • 発表場所
      神戸市 神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-23
  • [学会発表] 難消化米(wx/ae)による脂肪肝及び脂質異常症の予防・改善効果2015

    • 著者名/発表者名
      Shimizu C., Kozuka C., Kobayashi C., Miyazaki Y., Kim J., Kotaniguchi M., Nakaya M., Kitamura S., Masuzaki H., and Takayama C.
    • 学会等名
      第120回日本解剖学会・第92回日本生理学会合同大会
    • 発表場所
      神戸市 神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-23
  • [学会発表] 双極性障害治療の新規標的分子の同定2015

    • 著者名/発表者名
      高松岳矢、清水千草、片桐千秋、圓谷智之、早川朋子、近藤 毅、高山千利、松下正之
    • 学会等名
      第36回沖縄精神神経学会
    • 発表場所
      沖縄
    • 年月日
      2015-02-07
  • [学会発表] マウス脊髄におけるグリシン作動性神経回路の発達変化2014

    • 著者名/発表者名
      砂川昌信、金正泰、小林しおり、清水千草、高山千利
    • 学会等名
      日本解剖学会第70回九州支部学術集会
    • 発表場所
      北九州市 産業医科大学
    • 年月日
      2014-10-25
  • [学会発表] 高脂肪食摂取マウスにおける脂肪肝及び脂質異常症の難消化米(wx/ae)による改善効果2014

    • 著者名/発表者名
      清水千草、小塚智沙代、小林しおり、宮崎悠、金正泰、益崎裕章、高山千利
    • 学会等名
      第35回日本肥満学会
    • 発表場所
      宮崎市 シーガイアコンベンションセンター
    • 年月日
      2014-10-24 – 2014-10-25
  • [学会発表] Characteristic development of GABA-removal system in the mouse spinal cord2014

    • 著者名/発表者名
      Kim J., Kosaka Y., Shimizu-Okabe C., Niizaki A., and Takayama C.
    • 学会等名
      韓国獣医解剖学会
    • 発表場所
      韓国
    • 年月日
      2014-10-17
  • [学会発表] Unique development of the GABA-removal system in the mouse spinal cord.2014

    • 著者名/発表者名
      Kim J., Kosaka Y., Shimizu-Okabe C., Nizaki A., and Takayama C.
    • 学会等名
      第63回韓国解剖学会学術集会
    • 発表場所
      韓国
    • 年月日
      2014-10-16 – 2014-10-18
  • [学会発表] 周産期における呼吸リズム形成に対するGABA応答性の変化2014

    • 著者名/発表者名
      清水千草、岡部明仁、高山千利
    • 学会等名
      第57回日本神経化学会
    • 発表場所
      奈良県 奈良県文化会館
    • 年月日
      2014-09-29 – 2014-10-01
  • [学会発表] ErbB4/パルブアルブミン陽性インターニューロンを会したニューロプシンもよる海馬興奮性神経細胞の制御2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木春満、金河大、中澤瞳、清水千草、高山千利、塩坂貞夫
    • 学会等名
      第57回日本神経化学会
    • 発表場所
      奈良県 奈良県文化会館
    • 年月日
      2014-09-29 – 2014-10-01
  • [備考] http://w3.u-ryukyu.ac.jp/anatomy2/index.html

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公開日: 2016-05-27  

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