【研究分野】ブレインサイエンスおよびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19637 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アルツハイマー病 / 脳アミロイド血管症 / アクアポリン４ / 動物モデル / アミロイドβ / 脳リンパ排泄機構 / 脳神経疾患 / 神経科学 / 遺伝子 / 認知症 / 老化

【研究成果の概要】

アルツハイマー病モデルである5xFADをアクアポリン４ノックアウトマウスと交配することによりアルツハイマー病病態におけるアクアポリン４機能の意義について検討を行った。その結果、アルツハイマー病の典型的な病理像である老人斑の蓄積、その周囲のグリオシスに対しては アクアポリン４機能欠損による影響はほとんどなかったが、２０週齢以降アクアポリン４ノックアウトの個体において夜間の活動が徐々に低下するとともにてんかん様の脳波が高頻度で現れ、けいれん発作も見られた。このことから5xFADではアクアポリン４は老人斑の蓄積がある程度進んだ段階で神経毒性のある脳内老廃物の除去に関わると考えられた。

【研究の社会的意義】

アクアポリン４はアルツハイマー病病態において老人斑の周囲にグリアが集積した結果引き起こされる神経炎症に必要であることが予想されるほか、脳内老廃物の除去にも関与する可能性が報告されていた。本研究により、アルツハイマー病モデルマウスのアクアポリン４をノックアウトすることにより、アルツハイマー病病態においてはアクアポリン４は神経炎症には関わらないことが明らかになった一方で、脳内老廃物の除去には深く関わる可能性が強く示唆された。アルツハイマー病とてんかんとの関連も報告されており、アクアポリン４を欠損した5xFADはその治療法開発のためのツールとしても用いることができる。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】実験動物学

【研究領域課題番号】16H06765 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

てんかん / 自閉症 / 脳神経疾患 / 遺伝子 / 動物 / 神経疾患 / 実験動物学

【研究成果の概要】

てんかんと精神疾患は併発することが多く、背景に共通の病因・病態の存在が考えられている。しかし、その分子機構は未だ明らかになっていない。近年、DEPDC5遺伝子の変異が、てんかんおよび自閉症等の精神疾患を併発する家系から発見された。DEPDC5の機能解析は、両疾患の病態解明に貢献する。本研究では、DEPDC5機能と病態との関連を検討する目的で、てんかんおよび自閉症の発症に関連する脳部位特異的にDepdc5を欠失させたマウスをそれぞれ作製し、病態解析を行った。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2016-08-26 - 2018-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】ゲノム医科学

【研究領域課題番号】16K07211 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エクソーム解析 / 疾患遺伝子変異 / 遺伝性疾患 / 次世代シーケンサー / CNV解析 / ミトコンドリア / 全ゲノムシーケンス / 疾患原因変異同定手法開発 / 次世代シーケンスのバイオインフォマティクス / 生体生命情報学 / 脳神経疾患 / バイオテクノロジー / 遺伝子 / 遺伝学

【研究成果の概要】

次世代シーケンサーを用いたエクソーム解析は疾患原因変異同定に有用な手法であるが、その同定率はこれまで30%程度で未同定例が多いという課題があった。
そこで我々は、原因変異同定率を更に向上させるための複数手法を統合させた解析手法を開発した。通常法に加え、独自開発した挿入・欠失（indel）検出ソフトの開発、コピー数変異の検出における最良法の検証と組み込み、ミトコンドリアDNAの解析手法の追加、タンパク質ドメイン解析による候補変異の絞り込み手法、等を組み込むことで新たな疾患変異を同定する手法を確立した。実際に多数の新規疾患原因変異を同定し、研究期間内に20報を超えるエクソーム関連論文を発表した。

【研究の社会的意義】

我々の研究成果で疾患の遺伝子変異を同定する新たな手法論を構築し発表することで、その同定率を10%以上増やすことができた。解析手法を改良することによって、未同定疾患原因変異の新たな発見も可能であることを証明したことで、将来的な解析への応用は当然であるが、過去データの再検証で新規原因変異が同定されることも期待される。病気の原因変異が分かると、病気のメカニズム解明や薬剤ターゲット候補の発見、将来の発症予測、等に役立たせることができ、本成果は今後その一助になると考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】神経内科学

【研究領域課題番号】16H05320 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経変性疾患 / RNA結合タンパク質 / 細胞死 / 脳神経組織 / 核酸 / 遺伝子 / 神経科学 / 細胞・組織 / 脳神経疾患

【研究成果の概要】

近年、複数の神経変性疾患において、RNA結合タンパク質 (RBP)の代謝障害が発症病態に関与していることが示唆されている。しかし、多くのRBPは脳脊髄組織を含めた全身に幅広く分布しており、なぜ特定の神経細胞だけがこれらの環境変化に脆弱であるのか未解明である。このため本研究では、マウスの特定の神経細胞に発現するRNAだけを標識する技術を導入し、各神経細胞に発現するRNAの特徴を明らかにする手法の確立を目指した。その結果、比較的数の多い神経細胞についてはその細胞の特徴を捉えることに成功した。今後、より少数の神経細胞にも適用可能に改良し、選択的神経細胞死のメカニズムを解明する。

【研究の社会的意義】

本研究成果は、現時点ではまだ開発途上にあるが、最終的にはRBPを介した選択的神経細胞死のメカニズムの解明に高く貢献しうる。その結果、筋萎縮性側索硬化症 (ALS)や脊髄小脳変性症など数多くのRBPの代謝障害が発症病態の背景にある神経難病の原因を解明し、治療法開発へと役立つ。また、神経難病以外でもRBPが関与する疾患の研究に応用も可能である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】疫学・予防医学

【研究領域課題番号】25253045 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

精神保健疫学 / 精神疾患 / 前向きコホート / 罹患率 / 危険因子 / 疫学 / 精神保健 / コホート研究 / 社会疫学 / 脳神経疾患 / ストレス / 遺伝子 / 医療・福祉 / 精神障害 / 社会医学

【研究成果の概要】

世界的にも地域住民における精神疾患の前向きコホート研究は少ない。本研究では、約10年前に実施された世界精神保健日本調査の回答者約1,859名に対して追跡調査を実施し、前向きの精神保健疫学研究を行う。訓練を受けた調査員が長崎市、岡山市、玉野市の対象者合計1,465名に調査を依頼し、581名に面接調査を実施し、475名からゲノム調査のための唾液採取を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】36,790千円 (直接経費: 28,300千円、間接経費: 8,490千円)

【研究分野】耳鼻咽喉科学

【研究領域課題番号】24390391 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子 / 医療・福祉 / ゲノム / 脳神経疾患 / バイオテクノロジー

【研究成果の概要】

Auditory Neuropathy (AN)は著しく言語聴取力が低い新しい難聴の病態である。本研究ではANの新たな遺伝的原因の解明を目的とした。まず36例のAN症例でサンガー法による検討をして、25例でOTOF遺伝子に11種類の新規変異を同定し、1例でGJB2遺伝子に既知変異を同定した。OTOF遺伝子変異が1アレルの4例では全ゲノムSNP解析と定量的PCR解析で大欠失を同定しなかった。上記解析で変異を同定しなかった10例では、エクソーム解析で新規AN候補遺伝子を3種類(PNPLA3、RYR3、TACC2)同定し、1家系ではOPA1に新生突然変異の可能性が高い新規変異を同定した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】小児科学

【研究領域課題番号】23390272 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピジェネティクス / エピゲノム / レット症候群 / MeCP2 / 遺伝子発現 / 修復治療 / 化合物 / バルプロ酸ナトリウム / 自閉症 / 神経疾患 / iPS / 遺伝子 / 治療 / ゲノム / 脳神経疾患 / 発現制御 / トランスレーショナルリサーチ

【研究成果の概要】

エピゲノムには、ゲノムにはない可逆性が存在する。そこで、エピゲノム異常に起因する発達障害疾患（Rett症候群）を対象にエピゲノム修復治療の可能性を検証した。当初、個々の遺伝子に作用する化合物の作製を予定したが、修復対象遺伝子が多数想定されたことから、グローバルな作用を有する化合物の探索を行った。その結果、本症に使用されている抗てんかん薬に多数の遺伝子を対象にしたエピゲノム修復を介した発現回復作用があることが神経培養細胞で判明した。さらにこの薬剤以上の作用を有する新規化合物を２種見いだした。この効果が新規に本症患者から作製したiPS細胞で確認できれば、本症の新たな治療薬候補になると考えられた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)

【研究分野】眼科学

【研究領域課題番号】23592549 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

眼細胞生物学 / RGC障害評価動物モデル / 緑内障 / 疾患モデル動物 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 脳神経疾患 / 脳・神経 / 神経科学 / 遺伝子改変動物

【研究成果の概要】

網膜の神経節細胞の障害を経時的に可視化して評価可能なシステムの研究開発は、緑内障などの重要な眼疾患の本体が視神経症であることから、創薬の効果の評価にとってもきわめて有用な系である。我々は、蛍光色素(CFP)によってその網膜障害を経時的に数値化して評価できるCFP/Vavマウスを研究開発し解析した。その結果、障害数の解析だけではなく障害パターンの解析も可能な評価系であることが示され、極めて有効であることを認めた。網膜の神経節細胞に有効なことは脳神経にも応用可能であり、今後の発展性が見込まれる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)

【研究分野】脳神経外科学

【研究領域課題番号】22390284 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経疾患 / 遺伝子治療 / AAVベクター / 脳神経疾患 / ウイルス / 遺伝子

【研究成果の概要】

脳神経疾患に対する新規治療蛋白質補充療法の開発に向け、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターやその産生細胞を用いた脳組織への新規薬物送達システム基盤技術開発を推進した。従来のベクター精製における密度勾配超遠心操作はGMP生産やSOP管理の観点で不利であったが、イオン交換やゲル濾過クロマトグラフィーを応用し、超遠心操作の省略に成功した。純度の高いベクターを応用することで、脳組織への遺伝子導入や脳神経疾患の治療実験において、安全に効果的な遺伝子導入が可能であった。また、ベクター産生型腫瘍標的細胞の開発に向け、体性幹細胞へのベクターコンポーネント導入条件を確認した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)

【研究分野】小児科学

【研究領域課題番号】21659252 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経疾患 / 神経科学 / 遺伝子 / てんかん / 発達障害

【研究成果の概要】

本年度は、全身型Cdk15ノックアウト(KO)マウスの、脳形態、皮質層構造、海馬構築、軸索・樹状突起微小形態につき詳細な解析を行った。海馬神経細胞分散培養、大脳スライス標本のゴルジ染色、更にCdk15 KOマウスとThy1-GFPトランスジェニックマウスの交配により神経細胞をGFP標識したマウスの大脳スライス標本の共焦点レーザー顕微鏡撮影により、樹状突起スパインの形態・数の詳細な解析を行い、Cdk15 KOマウス神経細胞樹状突起の変化を同定した。更にCdk15 KOマウスの海馬スライス電気生理学的解析及び、KOマウスのテストバッテリーを用いた網羅的行動解析を開始し、それぞれの解析結果に異常を認めた。
また、yeast two-hybridスクリーニングを用いたCdk15相互作用分子の網羅的探索により得た21の相互作用因子候補のうち、機能重要と考えられる複数の因子(イオンチャンネル、微小管結合蛋白、モーター蛋白、シナプス蛋白)について、マウス脳溶解物を用いた共免疫沈降、GST標識組換え蛋白を用いたpull-downアッセイ、更にin vitroキナーゼアッセイを行った。その結果、新規のCDKL5リン酸化基質及び相互作用蛋白を同定し、更にその相互作用による機能解明を行った。
これらの研究成果から、Cdk15の樹状突起スパイン形成制御に関する機能が確認され、この機能不全が、CDKL5遺伝子変異に伴う神経発達障害の分子基盤であることが示唆された。また、CDKL5相互作用蛋白の同定と解析により、新規の神経細胞骨格蛋白、イオンチャンネル分子、シナプス蛋白との相互作用、リン酸化による修飾作用が示され、CDKL5変異による病態にこれらの機能不全が関与する可能性が示唆された。これらの新規知見により、CDKL5の分子機能と遺伝子変異による病態機序の解明へ新たな進歩が得られた。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】3,100千円 (直接経費: 3,100千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】18100003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

情動 / NMDA受容体 / 精神神経疾患 / 遺伝子改変マウス / 扁桃体 / 海馬 / シナプス可塑性 / リン酸化 / 線条体 / グルタミン酸受容体 / 長期増強 / マウス / シナプス伝達 / うつ病 / 電気生理学 / 脳・神経 / 脳神経疾患 / 行動学 / 遺伝子 / 生理学 / シナブス伝達

【研究成果の概要】

情動の分子基盤を明らかにするために、おもに遺伝子改変マウスを用いて機能解析を進めた。扁桃体や海馬に発現するグルタミン酸受容体の一種であるNMDA受容体や生理活性物質である神経ペプチド、アセチルコリン、コルチコトロピン放出因子などのシナプス伝達や可塑性あるいは高次脳機能における役割を明らかにした。また、新たなタイプのシナプス可塑性を発見した。さらに、歯状回におけるシナプス可塑性の抑制性調節の詳細な機構を解明した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2006 - 2010

【配分額】109,460千円 (直接経費: 84,200千円、間接経費: 25,260千円)

【研究分野】脳神経外科学

【研究領域課題番号】17790983 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経疾患 / 癌 / 免疫学 / 遺伝子 / トランスレーショナルリサーチ

【研究成果の概要】

近年CD8陽性T細胞活性の増強や維持にはCD4陽性T細胞が重要な役割を担っていることが明らかになった。我々は、グリオーマ患者血清を用いたSEREX (serological identification of antigens by recombinant expression cloning)法により、精巣組織由来のcDNA libraryをスクリーニングしたところ、胎生期に転写調節因子として機能するSOX6を単離した。さらにSOX6は、グリオーマ組織において高い発現を示し、グリオーマ患者血清中IgG抗体に高頻度に認識されることから、SOX6が抗原特異的にCD4陽性T細胞を活性化していることが示唆された。そこで、グリオーマ担癌マウスモデルにおいて、CD8陽性T細胞に認識される抗原としてマウスグリオーマ由来新規抗原遺伝子GARC-1を、CD4陽性T細胞が認識する抗原としてSOX6を用いた腫瘍特異的免疫の活性化を試みた。GARC-1とSOX6それぞれの全長を含んだplasmid DNAをC57BL/6マウス皮内に遺伝子銃による免疫を行い、免疫マウスの脾細胞を用いて両抗原を発現しているマウス由来のグリオーマ細胞GL261をターゲットにしたIFN-γ assayを行ったところ、GARC-1とSOX6双方で免疫した群では各々単独で免疫した群やコントロール群と比してGL261に対するIFN-γ放出量の著明な増加を示した。このことから、GARC-1とSOX6双方で免疫した群ではGL261に対する特異的細胞障害性T細胞が誘導されたことが示唆された。また、最終ワクチンから2週間後に、免疫マウスの頭蓋内にGL261細胞を移植し、腫瘍の生着および増殖能を生存期間により検討したところ、GARC-1とSOX6双方で免疫した群ではコントロール群と比して有意に生存期間が延長された。
これらの結果から、CD4陽性T細胞を活性化し得るSEREX抗原SOX6とCD8陽性T細胞に認識されるグリオーマ抗原両者を用いた免疫遺伝子治療によって、グリオーマ細胞に対する特異的細胞障害性が増強され、さらに腫瘍拒絶能を向上し得ることが示された。このことから、グリオーマ抗原SOX6を用いたDNAワクチンは、グリオーマに対する免疫遺伝子治療に応用できる可能性があると考えられる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】脳神経外科学

【研究領域課題番号】16390418 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子 / ウイルス / 脳神経疾患 / バイオテクノロジー / 遺伝子治療 / ウイルスベクター / アデノ随判ウイルス / 脳腫瘍 / 脳血管障害 / 動脈硬化症 / IL-10

【研究成果の概要】

非病原性のアデノ随伴ウイルス(AAV)に由来するベクターは、頭蓋内での炎症反応も起こしにくく、神経組織や筋肉などにおいて、単回の投与で長期間安定した発現が可能である。本研究では、脳神経疾患への臨床応用をめざした次の研究段階として各種血清型AAVを用い、併用薬剤を用いた遺伝子発現増強効果、発現制御システム、およびベクターの筋注による蛋白質補充療法の効果を検討した。
1. ApoE欠損マウスにAAVベクターを用いてIL-10を体内発現させ、炎症制御による粥状硬化病変の進展予防効果と、IL-10による血清コレステロール値低下作用を証明した。
2.ウイルス宿主細胞の培養において、通常の研究室で実施可能なガス交換システムを用いた大規模培養系を開発し、従来の作業効率を大きく改善した。
3.ハンチンチン病モデルマウス線条体にAAVベクターを用いて標的分子に対するshRNAを導入し、発症した後でも凝集体を減少させ症状の悪化進行を遅延できる可能性を示唆した。
4. AAVベクターのゲノムは標的細胞への感染後ただちに核内でピストン修飾され、ピストン脱アセチル化酵素阻害剤により、自殺遺伝子の発現と効果が増強されることを証明した。
5. AAVベクター粗製物の精製において、新規強イオン交換膜を利用した中空粒子の回収および除去方法を開発した。
6.間葉系幹細胞の腫瘍集積性を利用し、ベクター産生細胞に改変した腫瘍標的化細胞を構築した。これを用い、担癌動物モデルにおける腫瘍組織内での導入遺伝子増幅効果を確認した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】12,700千円 (直接経費: 12,700千円)