日本人統合失調症患者の血液・脳試料におけるリボソーマルDNA 遺伝子コピー数の増加

概要

Kobe University Repository : Kernel
PDF issue: 2024-05-02

Ribosomal DNA gene copies are increased in
blood and brain of Japanese schizophrenia
patients

李, 森
(Degree)
博士（医学）

(Date of Degree)
2023-09-25

(Resource Type)
doctoral thesis

(Report Number)
甲第8729号

(URL)
https://hdl.handle.net/20.500.14094/0100485913
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Ribosomal DNA gene copies are increased in blood and brain of
Japanese schizophrenia patients

日本人統合失調症患者の血液・脳試料におけるリボソーマル DNA 遺伝子コピ
ー数の増加

神戸大学大学院医学研究科医科学専攻
精神医学

（指導教員：菱本
李 森

明豊教授）

＜Abstract＞
Background
Ribosomes are essential structures in all living organisms that synthesize proteins, composed of RNA
and proteins encoded by multi-copy genes in humans. Several lines of evidence have indicated that
ribosomal DNA transcriptional activity may play a key role in neuronal plasticity. Dysfunctional neural
plasticity has been proposed as a key pathophysiological mechanism in schizophrenia (SCZ), which is
associated with genetic factors. Past evidence has indicated increased ribosomal DNA copy number
(rDNAcn) in the blood of patients with SCZ among European populations. Here, for the first time, we
investigated rDNAcn of SCZ in East Asian populations as well as in blood and brain tissues.

Materials and methods
The study design and related procedures were performed in accordance with the Declaration of Helsinki.
This study was approved by the Ethical Committee for Genetic Studies of Kobe University Graduate
School of Medicine. Written informed consent was obtained from all living participants and the families
of deceased individuals.
Blood samples were taken from 81 living patients with SCZ and 98 healthy controls, while brain tissue
samples were obtained from autopsies conducted on 10 SCZ patients and 23 non-psychiatric control
individuals. All participants were of Japanese descent, and patients with SCZ were diagnosed based on
the DSM-IV criteria by a psychiatrist. Autopsies were conducted at Kobe University Graduate School of
Medicine, and DNA was extracted from the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC).
Measurement of rDNAcn was done by quantitative polymerase chain reaction (qPCR) using standard
curve base analysis. To estimate rDNAcn, amplicons targeting 18S and 28S coding regions of rDNA
were used, with amplicons corresponding to the coding regions of the albumin gene (ALB) as an
endogenous control. The ratio of ribosomal DNA to that of the reference endogenous control gene in
each sample was determined as the 18S or 28S / ALB ratio.
The Kolmogorov-Smirnov test was used to assess the normality of the data. Regression analyses using
generalized linear models or multiple linear regression were applied to analyze between-group
comparisons of rDNAcn, with covariates (age and sex), as needed. Spearman’s rho tests were performed
to assess the relationship between 18S rDNAcn and 28S rDNAcn. Statistical significance was defined as
a two-tailed p < 0.05.

Results
The correlation between the individual values of 18S and 28S rDNAcn was strong in healthy controls
(Spearman’s rho = 0.76, p < 0.001) and moderate in patients with SCZ (Spearman’s rho = 0.57, p <
0.001). The correlation between the individual values of 18S and 28S rDNAcn was strong in both nonpsychiatric controls (p < 0.001) and patients with SCZ (p = 0.002) for DLPFCs. The distribution of

18S/28S rDNAcns in blood samples was skewed (p < 0.05), patients with SCZ had significantly increased
rDNAcn compared to controls for both 18S (p = 0.034) and 28S rDNAcn (p = 0.004). The distribution
of 18S/28S rDNAcns in DLPFC samples was normalized (p = 0.43), patients with SCZ had a significant
increase in 18S rDNAcn (p = 0.047) compared to controls, but not in 28S rDNAcn (p = 0.203).

Discussion
This study successfully replicated previous findings of increased rDNAcn in the blood of European
patients with SCZ using an East Asian cohort, suggesting a potential link between increased rDNA
content and the global and basic pathophysiology of SCZ. We also provided the first evidence of
increased rDNAcn in the DLPFC of SCZ patients, a region associated with SCZ vulnerability. Meanwhile,
the study acknowledged several limitations, including the use of post-mortem brain samples, technical
limitations of the qPCR method, small sample sizes, and the need for further research on other brain
regions and rRNA synthesis in SCZ. In conclusion, our findings shed light on further research into rDNA
towards an improved understanding of SCZ-related pathophysiology.

神戸大学大学院医学（
系
）研究科（博士課程）
論 文 審 査の 結 果の 要 旨
受 付 番 号

I
甲第3
318号

氏

名

李森

日 本 人 統 合 失 調 症 患 者 の 血 液 ・脳 試 料 に お け る リボ ソ ー
論文題目 ，
マル DNA遺 伝 子 コ ピ ー 数 の 増 加

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（
要旨は 1
, 000字∼ 2
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ノ

【目的】
リボソームは細胞内でのタンパク質やペプチド鎖の合成において必須の器官である 。
真核生物のリボソームは 28S、1
8
S、5
.
8
S、5Sという 4つのリボソーム RNAと 82種のタ
ンパク質で構成され、このうちリボソーム RNAをコードするマルチコピー遺伝子がリボ
ソーマル DNAである。先行研究より、リボソーマル DNA転写活性がニューロンの可塑
性に重要な役割を担う可能性が示唆されている。神経可塑性異常は、統合失調症におけ
る重要な病態メカニズムとしても提唱されている。 一方で、リボソーマル DNAコピー数
(
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bosomalDNAc
o
pyn
u
m
b
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r
;rDNAcn) と統合失調症との遺伝的関連を探索 した論文は、
白人集団において統合失調症患者血液中の rDNAcnの増加を示した 1グループの研究報
告のみである (
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2
0
)。本研究は初めて 、東アジア人集
団の統合失調症患者における血液及び死後脳組織の rDNAcnを測定し、異なる人種でも
統合失調症における血液 rDNAcn増加の異常が確認できるか、さらには血液だけでなく
死後脳組織 rDNAcnの異常も同定できるか、を世界に先駆けて検討した。
【
方法 ・結果 】
方法
本研究は、神戸大学大学院医学研究科倫理委員会の承認を受け実施された。すべての
対象者（故人の場合は遺族より）、響面によるインフォームドコンセントを得た。
統合失調症患者 8
1名と健常対照者 98名から血液試料が、統合失調症患者 1
0名と精神
疾患に罹患していない対照者 23名から死後脳組織試料が、それぞれ採取された。対象者
は全員日本人で、統合失調症の診断は DSM-IV基準に基づいて精神科医によって行われ
た。死後脳組織については、背外側前頭前野 (
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x
;DLPFC) か ら
DNAを抽出された。
先行研究に倣って、定量的 PCRを用いた rDNAcnの測定が行われた。 rDNAcnを推定
するために、 rDNAの 1
8Sおよび 28Sコード領域をターゲットとするプライマー及び、
内在性コントロ ールとしてアルブミン遺伝子 '(Album
i
n
;ALB) のプライマーを用いて定
量的 PCRが行われ、各サン プル中の 18Sまたは 28S/ALB 比を元に、 18SrDNAcnまた
は 28SrDNAcnとして算 出さ れた。
orov-Sm
i
movt
e
stにて評価された。 rDNAcnの群間比較に つ
データの正規性は Kolmog
いて、 一般化線形モデルまたは多 重線形回帰を使用した回帰分析が、必要に応じて共変
量 （年齢および性別）とともに適用された。

疇
血液の 18SrDNAcn、28SrDNAcnはともに非正規分布であ った。健常対照群と比較し
て統合失調症患者群の血液では、 1
8Sと 28SrDNAcnがともに有意に増加していた(p<
0
.
0
5
)。DLPFCの 1
8
SrDNAcn、28SrDNAcnはとも に非正規分布であった。対照群と 比較
して統合失調症患者 DLPFCでは、 1
8SrDNAcnが有意に増加していた (
p<0
.
0
5
) 一方、
28SrDNAcnの増加は有意ではなかった(
p=0
.
2
0
3)。
【結論）
本研究は、これまで白人集団の研究においてのみ見出されていた統合失調症患者の血

液 rDNAcnの増加という知見を、初めて東アジア人集団のコホートで再現したものであ
る。これは、 rDNAコピー数の増加と統合失調症の関連が、人種を越えた普遍的で基礎的
なものである可能性を示唆している。本研究ではまた、かねてより統合失調症との関連
が深いとされている DLPFC領域の試料を用いて、初めて統合失調症患者死後脳組織にお
ける rDNAcnの増加の知見が見出された。
以上、本研究は、東アジア人集団における統合失調症と リボソーマル DNAの関連を、末
梢血のみならず死後脳組織を含めて明らかにしたものであり、統合失調症の生物学的機
序を理解する上で重要な貢献をしたものとして価値ある集積であると認める。よって、
本研究者は、博士（医学）の学位を得る資格があると認める。