微細な組織構築変化をマイクロエンドフェノタイプとする精神神経疾患の病態解明

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: マイクロエンドフェノタイプによる精神病態学の創出
• 研究課題/領域番号: 15H01293
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 久保 健一郎 慶應義塾大学, 医学部, 講師 (20348791)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 大脳皮質 / 組織構築 / 発生 / 子宮内電気穿孔法

研究実績の概要

本年度は、マイクロエンドフェノタイプとしての微細な脳組織構築の変化を持つ動物モデルとして、我々が確立した胎児期の代表的な環境要因である胎仔期虚血モデルマウス、異所性皮質モデルマウスを用いて、微細な脳組織構築の変化がどのように脳機能に影響を与えて病態に関与するのか、その病態メカニズムの解明を行った。
特に、異所性皮質マウスの解析においては、3種類の異なる分子をマウスの脳にそれぞれ遺伝子導入し、異所性灰白質を人為的に作成した。子宮内胎児脳電気穿孔法を用いて遺伝子導入を行えば、任意の特定の脳領域に異所性灰白質を作成することができるため、今回の研究では、体の触覚や痛覚などを感じる領域である体性感覚野に異所性灰白質を作成した。これらの3種類の方法で別々に作成したマウスの行動の特徴を行動実験により調べたところ、共通して作業記憶の低下と競争的優位性の低下を示すことを見出した。これらは前頭葉の機能の異常に起因すると考えられたので、実際に異所性灰白質を持つマウスの前頭葉において神経細胞活動を測定したところ、前頭葉の活動に異常が生じていた。さらに、子宮内電気穿孔による遺伝子導入法と人工受容体を用いた活性化方法を組み合わせる新たな技術の開発を行い、この技術を利用して異所性灰白質に含まれる神経細胞に人工受容体を発現させ、人為的に神経細胞の活動を変化させたところ、低下した作業記憶が改善した。作業記憶は前頭葉によって担われるため、確かに異所性灰白質に含まれる神経細胞の活動が前頭葉の機能に影響を与えることが明らかになった。
また、胎生期において脳の組織構築を制御するリーリンが統合失調症様認知機能障害を誘導するフェンサイクリジンへの抵抗性を高めることを見出し、報告した。

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

微細組織構築の異常が、どのように精神病態に関与するのか、その病態メカニズムを明らかにする際に、その解析を行うための動物モデルを複数確立できた。特に、異所性皮質マウスの解析においては、子宮内電気穿孔法と人工受容体を用いた活性化方法を組み合わせる新たな技術を開発することにより、異所性灰白質に含まれる神経細胞の活動が前頭葉の機能に影響を与えることを明らかにすることができた。またリーリンがフェンサイクリジンへの抵抗性を高めることも新たに発見することができた。

今後の研究の推進方策

今後は、異所性灰白質などの本来と異なる位置に配置された神経細胞が、他の脳部位とどのような神経のネットワークを形成しているのかについて解明を進める。また、それがどのように脳機能に影響を与えているのかについて、人工受容体を用いた活性化方法に加えて、光遺伝学を用いた解明を行っていく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] In utero bisphenol A exposure induces abnormal neuronal migration in the cerebral cortex of mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Wenting Ling, Toshihiro Endo, Ken-ichiro Kubo, Masaki Kakeyama, Kazunori Nakajima, and Chiharu Tohyama.
  • 雑誌名: Front. Endocrinol. 巻: 7 ページ: 7
  • DOI: doi: 10.3389/fendo.2016.00007.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neuronal Heterotopias Affect the Activities of Distant Brain Areas and Lead to Behavioral Deficits. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii K, Kubo K, Endo T, Yoshida K, Benner S, Ito Y, Aizawa H, Aramaki M, Yamanaka A, Tanaka K, Takata N, Tanaka KF, Mimura M, Tohyama C, Kakeyama M, Nakajima K.
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 35(36) ページ: 12432-12445
  • DOI: doi: 10.1523/JNEUROSCI.3648-14.2015.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The COUP-TFII/Neuropilin-2 is a molecular switch steering diencephalon-derived GABAergic neurons in the developing mouse brain. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kanatani S, Honda T, Aramaki M, Hayashi K, Kubo K, Ishida M, Tanaka DH, Kawauchi T, Sekine K, Kusuzawa S, Kawasaki T, Hirata T, Tabata H, Uhlén P, Nakajima K.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 112(36) ページ: E4985-4994
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1420701112.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cellular dynamics of neuronal migration in the hippocampus. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayashi K, Kubo K, Kitazawa A, Nakajima K.
  • 雑誌名: Front Neurosci. 巻: 9 ページ: 135
  • DOI: doi: 10.3389/fnins.2015.00135.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reelin has a preventive effect on phencyclidine-induced cognitive and sensory-motor gating deficits. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii K, Nagai T, Hirota Y, Noda M, Nabeshima T, Yamada K, Kubo K, Nakajima K.
  • 雑誌名: Neurosci Res. 巻: 96 ページ: 30-36
  • DOI: /j.neures.2014.12.013.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental origin of abnormal dendritic growth in the mouse brain induced by in utero disruption of aryl hydrocarbon receptor signaling. (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiki Kimura, Ken-ichiro Kubo, Chieri Matsuyoshi, Seico Benner, Mayuko Hosokawa, Toshihiro Endo, Wenting Ling, Masanobu Kohda, Kazuhito Yokoyama, Kazunori Nakajima, Masaki Kakeyama, and Chiharu Tohyama.
  • 雑誌名: Neurotoxicol. Teratol. 巻: 52 ページ: 42-50
  • DOI: doi: 10.1016/j.ntt.2015.10.005.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ApoER2 controls not only neuronal migration but also termination of migration in the developing cerebral cortex (2016)
  • 著者名/発表者名: 廣田ゆき、久保健一郎、藤野貴広、山本徳男、仲嶋一範
  • 学会等名: 第121回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • 発表場所: ビッグパレットふくしま(福島県郡山市)
  • 年月日: 2016-03-28 – 2016-03-30
• [学会発表] Analysis of the molecular mechanisms that underlie Reelin-induced neuronal aggregation in the mouse neocortex (2016)
  • 著者名/発表者名: Seika Inoue, Kanehiro Hayashi, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 第９回神経発生討論会・難治疾患共同研究拠点共同開催学術集会
  • 発表場所: 東京医科歯科大学Ｍ＆Ｄタワー鈴木章夫記念講堂(東京都文京区)
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-19
• [学会発表] C-terminal region of Reelin is required for development and maintenance of the postnatal cerebral cortex and its functions are regulated by specific proteolysis (2016)
  • 著者名/発表者名: Takao Kohno, Takao Honda, Ken-ichiro Kubo, Yoshimi Nakano, Ayaka Tsuchiya, Tatsuro Murakami, Hideyuki Banno, Kazunori Nakajima, and Mitsuharu Hattori
  • 学会等名: 新学術領域研究「神経細胞の多様性と大脳新皮質の構築」第3回国際シンポジウム「Neocortical Organization 3」
  • 発表場所: 東京大学小柴ホール(東京都文京区)
  • 年月日: 2016-02-11 – 2016-02-12
  • 国際学会
• [学会発表] ApoER2 controls not only neuronal migration but also termination of migration in the developing cerebral cortex (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hirota, Ken-ichiro Kubo, Takahiro Fujino, Tokuo T. Yamamoto, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 新学術領域研究「神経細胞の多様性と大脳新皮質の構築」第3回国際シンポジウム「Neocortical Organization 3」
  • 発表場所: 東京大学小柴ホール(東京都文京区)
  • 年月日: 2016-02-11 – 2016-02-12
  • 国際学会
• [学会発表] Experiment and modeling of the Reelin-dependent modification of intercellular adhesion among cerebral cortical cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Matsunaga, Mariko Noda, Hideki Murakawa, Takashi Miura, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 2015 American Society for Cell Biology Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego Convention Center(San Diego, U.S.A.)
  • 年月日: 2015-12-12 – 2015-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] 発生期のマウス海馬及び大脳新皮質における特異的な細胞移動様式についての解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 北澤彩子、シン ミンギョン、林周宏、久保健一郎、仲嶋一範
  • 学会等名: 日本解剖学会関東支部 第103回学術集会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2015-11-07 – 2015-11-07
• [学会発表] 異所性灰白質は離れた脳部位の神経活動に影響を与えて行動の異常を引き起こす (2015)
  • 著者名/発表者名: 久保健一郎、石井一裕、遠藤俊裕、吉田慶太朗、ベナー聖子、伊藤亨子、相澤秀紀、荒巻道彦、山中章弘、田中光一、高田則雄、田中謙二、三村將、遠山千春、掛山正心、仲嶋一範
  • 学会等名: 日本解剖学会関東支部 第103回学術集会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2015-11-07 – 2015-11-07
• [学会発表] 大脳皮質神経細胞接着の制御とその数理モデル (2015)
  • 著者名/発表者名: 松永友貴、野田万理子、村川秀樹、三浦岳、久保健一郎、仲嶋一範
  • 学会等名: 日本解剖学会関東支部 第103回学術集会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2015-11-07 – 2015-11-07
• [学会発表] 異所性皮質の作成による大脳皮質組織構築変化の病態理解 (2015)
  • 著者名/発表者名: 久保健一郎、石井一裕、遠藤俊裕、吉田慶太朗、ベナー聖子、伊藤亨子、相澤秀紀、荒巻道彦、山中章弘、田中光一、高田則雄、田中謙二、三村將、遠山千春、掛山正心、仲嶋一範
  • 学会等名: 第50回慶應ニューロサイエンス研究会「システムとしての脳の理解と介入」
  • 発表場所: 慶應義塾大学信濃町キャンパス(東京都新宿区)
  • 年月日: 2015-10-31 – 2015-10-31
• [学会発表] Neuronal heterotopias affect the activities of distant brain areas and lead to behavioral deficits (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Ishii, Ken-ichiro Kubo, Toshihiro Endo, Keitaro Yoshida, Seico Benner, Yukiko Ito, Hidenori Aizawa, Michihiko Aramaki, Akihiro Yamanaka, Kohichi Tanaka, Norio Takata, Kenji F. Tanaka, Masaru Mimura, Chiharu Tohyama, Masaki Kakeyama, and Kazunori Nakajima.
  • 学会等名: Society for Neuroscience, Neuroscience 2015 meeting
  • 発表場所: McCormick Place(Chicago, U.S.A.)
  • 年月日: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • 国際学会
• [学会発表] Importance of Reelin C-terminal region in the development and maintenance of the postnatal cerebral cortex and its regulation by specific proteolysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Takao Kohno, Takao Honda, Ken-ichiro Kubo, Yoshimi Nakano, Ayaka Tsuchiya, Tatsuro Murakami, Hideyuki Banno, Kazunori Nakajima, and Mitsuharu Hattori.
  • 学会等名: Society for Neuroscience, Neuroscience 2015 meeting
  • 発表場所: McCormick Place(Chicago, U.S.A.)
  • 年月日: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • 国際学会
• [学会発表] Application of the in utero electroporation technique to the study of the pathological mechanism of focal heterotopias in the brain (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichiro Kubo, Kazuhiro Ishii, Toshihiro Endo, Keitaro Yoshida, Seico Benner, Yukiko Ito, Hidenori Aizawa, Michihiko Aramaki, Akihiro Yamanaka, Kohichi Tanaka, Norio Takata, Kenji F. Tanaka, Masaru Mimura, Chiharu Tohyama, Masaki Kakeyama, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: Cell Symposia: Engineering the Brain – Technologies for Neurobiological Applications
  • 発表場所: Drake Hotel(Chicago, U.S.A.)
  • 年月日: 2015-10-15 – 2015-10-16
  • 国際学会
• [学会発表] Analyses of the pathological roles of the altered brain cytoarchitectures with ectopic neurons (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichiro Kubo, Kazuhiro Ishii, Toshihiro Endo, Keitaro Yoshida, Seico Benner, Yukiko Ito, Hidenori Aizawa, Michihiko Aramaki, Akihiro Yamanaka, Kohichi Tanaka, Norio Takata, Kenji F. Tanaka, Masaru Mimura, Chiharu Tohyama, Masaki Kakeyama, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 第58回日本神経化学会大会
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ(埼玉県大宮市)
  • 年月日: 2015-09-11 – 2015-09-13
• [学会発表] Modeling and analysis and of intercellular adhesion between cells from the developing cerebral cortex (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Matsunaga, Mariko Noda, Hideki Murakawa, Takashi Miura, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 第58回日本神経化学会大会
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ(埼玉県大宮市)
  • 年月日: 2015-09-11 – 2015-09-13
• [学会発表] 巨大分泌蛋白質リーリンのC末端領域を介した大脳皮質形成機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 河野孝夫、本田岳夫、久保健一郎、中野良美、土屋綾香、村上達郎、阪野英幸、仲嶋一範、服部光治
  • 学会等名: 第61回日本薬学会東海支部総会・大会
  • 発表場所: 名古屋市立大学(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2015-07-04 – 2015-07-04
• [学会発表] Evidence of a link between TDP-43 and dipeptide repeat protein in c9FTD/ALS (2015)
  • 著者名/発表者名: Mai Yamakawa, Daisuke Ito, Takao Honda, Ken-ichiro Kubo, Mariko Noda, and Kazunori Nakajima, and Norihiro Suzuki
  • 学会等名: 第56回日本神経学会学術大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
  • 年月日: 2015-05-20 – 2015-05-23