母体ストレスと胎児側因子の交互作用による脳発達障害モデルの確立

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26670512
• 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): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: ストレス / 脳発達 / WNK / 塩分負荷 / GABA / CRH / GAD / 低栄養

研究実績の概要

1. 母体低栄養モデルの作製：母獣の摂餌制限（-30%）を妊娠10.5-18.5日に行い、胎生期低栄養マウスモデルを作成した。胎生18.5日でも野生型でも出生体重が有意に低下した。
2. 母体高食塩食モデルの作製：母獣の摂餌中塩分（0.9% wt/wt）を妊娠10.5-19.5日に4% wt/wtに増加させたモデルを作製した。さらにWNK3ノックアウトモデルを用いて母体塩分負荷モデルを作製した。
3. GAD67ヘテロ欠損と母体拘束ストレス負荷の交互作用：母体拘束ストレス（妊娠15日目から1回45分の拘束ストレスと光ストレスを毎日3回3日間）はGABA合成酵素のGAD67ヘテロ欠損（GAD67+/GFP）仔の内側線条体原基での（生後にparvalbumin陽性となる）GABA細胞の発生を選択的に障害した。そこで、母体拘束ストレスを野生型母マウスに与え、同腹のGAD67+/+仔でBrdUによる細胞発生のアッセイを行ったところ、発生障害は見られなかった。従って、母体ストレス（環境要因）とGAD67ヘテロ欠損（遺伝要因）が重複して初めて、内側線条体原基でのGABA細胞の発生が阻害されることが証明された。

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

WNK3－KOマウスの繁殖に苦労したが、WNK3はX染色体随伴遺伝子なので、WNK3-KOの雄とWNK3-hetroの雌の交配により、雄の出生仔はWNK3－KOかWNK3-wildの何れかになるので、今後はlittermateの雄を実験対象として用いる。本年度の成果として、学会や論文としての公開もできている。計画全体としては、26年度に予定の大部分を実行でき、特に計画の大きな変更もなく、ほぼ予定通りの目的を達成できた。したがって、残りの実験を27年度と28年度年度で達成するめどができた。

今後の研究の推進方策

１.GAD67-GFP knock-in マウスへの低栄養負荷：我が国では妊婦のダイエット志向や妊娠中の体重増加への誤った考え方からか、低出生体重児が年々増加傾向にあり年間約10 万人にも達し問題化している。低栄養も拘束ストレス同様にHPA軸を刺激して血中グルココルチコイドを増やす。重要なのは、低出生体重が自閉症や統合失調症などの精神疾患のリスクを高めるというエビデンスである。そこで、母獣の摂餌制限（-30%）を妊娠10.5－18.5日に行い、胎生期低栄養モデルを作製する。まず、母仔双方のGAD67‐低栄養相互作用を検討するため、野生型母体とGAD67ヘテロ母体の低栄養モデル各々に関して、野生型胎仔とGAD67ヘテロ胎仔の体重およびコルチコステロン濃度をRIA法で測定し、母体拘束モデルの結果と比較して、ストレスモデルとしての有用性を検討する。
２. Wnk3 KOマウスの大脳皮質神経細胞の電気生理学的解析：WNK-SPAK/OSR1-NKCC1/KCC2のリン酸化カスケードはClホメオスタシスを変化させGABA作動性抑制のトーンを変化させる。そこで、まずはWnk3 KOマウスの神経細胞の全般的な電気生理学的特性の変化を解析する。
３．Wnk3 KOマウスへの母体高食塩食負荷：食餌塩分量の変化にWNK-SPAK/OSR1-NKCC/KCCのリン酸化カスケードが素早く応答し、電解質や水分量のホメオスタシスが維持されることが知られる。また、このカスケードの何らかの異常は統合失調症でも自閉症でも示唆されており興味深い。そこで、Wnk3 KOマウス母体に高食塩食負荷を行い、高食塩食やWNK3が胎仔脳発達に与える影響をみるモデルとする。

次年度使用額が生じた理由

当初は物品費￥738,000・旅費￥108,000・その他￥54,000を計上していたが、消耗品は大部分が汎用的な物品であったため、在庫分から先に使用した。在庫分が存外に多かったため、本来新規購入に充てる予定であった物品費を次年度に回すこととした。旅費とその他の費用はほぼ予定通りに使用した。

次年度使用額の使用計画

主に消耗品費や旅費として利用する。また、現在実験に使用している現有備品が老朽化しており、もしも不具合が生じて実験の遂行に支障が生じた場合は、その修理もしくは代替品の購入に要する費用の一部とする。

研究成果

• [雑誌論文] Control of cortical neuronal migration by glutamate and GABA. (2015)
  • 著者名/発表者名: Luhmann, H.J., Kilb, W. and Fukuda, A.
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fncel.2015.00004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Activation of glycine receptors modulates spontaneous epileptiform activity in the immature rat hippocampus. (2014)
  • 著者名/発表者名: Chen, R., Okabe, A., Sun, H., Sharopov, S., Hanganu-Opatz, I.L., Kolbaev, S.N., Fukuda, A., Luhmann, H.J.and Kilb, W.
  • 雑誌名: The Journal of Physiology 巻: 592 ページ: 2153-2168
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2014.271700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Roles of taurine-mediated tonic GABAA-receptor activation in radial migration of neurons in the developing cerebral cortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: Furukawa, T., Yamada, J., Akita, T., Matsushima, Y., Yanagawa, Y. and *Fukuda, A.
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 8 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fncel.2014.00088
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Selective loss of parvalbumin-positive GABAergic interneurons in the cerebral cortex of maternally stressed Gad1-heterozygous mouse offspring. (2014)
  • 著者名/発表者名: Uchida, T., Furukawa, T., Iwata, S., Yanagawa, Y. and *Fukuda, A.
  • 雑誌名: Translational Psychiatry 巻: 4 ページ: -
  • DOI: 10.1038/tp.2014.13
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional deficiency of MHC class I enhances LTP and abolishes LTD in the nucleus accumbens of mice. (2014)
  • 著者名/発表者名: Edamura, M., Murakami, G., Meng, H., Itakura, M., Shigemoto R., Fukuda, A. and Nakahara, D.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0107099
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The role of GABA in the regulation of GnRH neurons. (2014)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M., Fukuda, A. and Nabekura, J.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 8 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fnins.2014.00387
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] マルチモーダルGABAによる発振と同期 (2014)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 巻: 32 ページ: 751-756
• [学会発表] Prenatal stress-induced selective deterioration of neurogenesis of parvalbuminpositive GABAergic neurons. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, A.
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場・展示場（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] Functional regulation of neuronal K+-Cl−cotransporter KCC2. (2015)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M., Iwata, S., Furukawa, T., Kumada, T., Uchida, T., Hirose, S. and Fukuda, A.
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場・展示場（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] Maternal taurine modulate fetal brain development by affecting Cl-homeostasis and GABAA receptors. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, A.
  • 学会等名: The 12th Korea-Japan Joint Symposium of Brain Sciences, and Cardiac and Smooth Muscle Sciences
  • 発表場所: Yongin(Korea)
  • 年月日: 2015-01-23
• [学会発表] 母体由来タウリンが胎仔脳の形成とその特異性に与える影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古川智範, 福田敦夫.
  • 学会等名: 第41回日本脳科学会
  • 発表場所: 福井県県民ホール（福井県・福井市）
  • 年月日: 2014-11-22
• [学会発表] Alterlations in extracellular sugar chain in prenatally stressed mouse brain. (2014)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, A. and Wang, T.
  • 学会等名: SFG & JSCR 2014 Joint Annual Meeting
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2014-11-16
• [学会発表] GAD67-GFP knockinマウスを用いた CRH ニューロン制御における GABA の役割についての検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柿沢圭亮, 渡部美穂, 柳川右千夫, 沖隆, 福田敦夫.
  • 学会等名: 第61回中部日本生理学会
  • 発表場所: 名古屋市立大学（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2014-11-07
• [学会発表] 発達期のマルチモーダルなGABA受容体作用から麻酔薬毒性を考察する (2014)
  • 著者名/発表者名: 福田敦夫
  • 学会等名: 第34回日本臨牀麻酔学会
  • 発表場所: グランドプリンスホテル新高輪国際館パミール（東京都・港区）
  • 年月日: 2014-11-03
• [学会発表] GAD67-GFP ノックインマウスを用いた CRH ニューロン制御における GABA の役割についての検討. (2014)
  • 著者名/発表者名: 柿沢圭亮, 渡部美穂, 大川雄太, 大石敏弘, 山下美保, 柳川右千夫, 沖隆, 福田敦夫.
  • 学会等名: 第41回日本神経内分泌学会学術集会
  • 発表場所: 都道府県会館（東京都・千代田区）
  • 年月日: 2014-11-01
• [学会発表] Maternally-derived ambient taurine plays a pivotal role in radial migration in the embryonic mouse neocortex by tonically activating GABAA receptors. (2014)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, A., Furukawa, T., Yamada, J., Akita, T., Matsushima, Y., Yanagawa, Y.
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] Maternal taurine modulates immature aspect of GABA actions involved in epileptogenesis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, A.
  • 学会等名: The 16th Annual Meeting of Infantile Seizure Society (ISS): International Symposium on Epileptic Syndromes of Early Infancy and Childhood (ISES)
  • 発表場所: Cappadocia, (Turkey)
  • 年月日: 2014-06-23
  • 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