リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「A mouse model of Timothy syndrome exhibits altered social competitive dominance and inhibitory neuron development」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

A mouse model of Timothy syndrome exhibits altered social competitive dominance and inhibitory neuron development

小澤, 享弘 名古屋大学

2021.10.26

概要

【緒言】
 自閉スペクトラム症(Autism Spectrum Disorder(ASD))は、社会的コミュニケーションおよび相互関係における持続的な障害、常同的・反復的な行動・興味を主症状とする神経発達症である。ASDに関連する様々な遺伝的要因が報告されているが、生物学的メカニズムは依然として不明な点が多い。神経カルシウムシグナリングは、神経回路形成や神経活動修飾において重要な役割を果たす。幼弱神経細胞においては、γ-アミノ酪酸(GABA)やグルタミン酸によって誘発される、電位依存性L型Ca2+チャネル(Cav1.2)を介したCa2+流入が、抑制性神経細胞の移動を制御することが知られている。またカルシウムシグナリングは、興奮性および抑制性神経細胞でシナプス形成に寄与する。これらのプロセスは、ASDで報告されている、樹状突起密度の変化や興奮性・抑制性シナプス機能の均衡(E/Iバランス)の崩壊に関与すると考えられている。Ca2+とASDの関連を示す疾患としてTimothy症候群(TS)が注目され研究されている。TSは、Cav1.2の機能獲得型変異(G406R変異)によって引き起こされ、心電図QT時間延長、合指などの症状に加え、症候性ASDを呈する。G406R変異によってCav1.2の不活化遅延が生じ、細胞内Ca2+流入量増加が起きることがTSの病因と考えられている。TSモデルマウス(TS2-neo)は、自閉症様行動である反復行動、社会性行動などの異常を示すことが知られているが、神経回路形成の異常に関しては不明な点が多い。
 本研究では近年開発された行動評価系を用いてTS2-neo系統のASD様行動表現型を検証するとともに、抑制性神経回路形成異常を組織学的に検討した。

【方法】
 ASD様行動の解析には、グループ飼育環境下での行動柔軟性と社会的競争優位性を判定する為に、IntelliCageシステムを用いた。IntelliCageとはマウスの飼育が可能な長方形の大型ケージで、4つのコーナーに給水瓶が設置されている。給水瓶へは各マウスに埋め込まれたチップからの信号を受信するセンサーが設置されたトンネルを通らないとアクセスできないようになっており、同時に多数のマウスを装置内にいれ、給水瓶にアクセスしたマウスの情報を取得することが可能である。
 本研究では行動柔軟性と社会的競争優位性を判定する為に以下のプロトコールを用いた。マウスは報酬コーナーへの鼻突きをした場合に、報酬として4秒間飲水することができ、対角線上に交互に指定される報酬コーナーを訪問することで継続的に飲水を行う。行動解析を行うsession以外の時間は絶飲とした。1日1session(3時間、20:15-23:15)を、Acquisition phaseとして20日間行った後、報酬コーナーを反転させる9日間のReversal learning phaseを3回(計27日間)続けて行った。行動柔軟性の指標として、報酬コーナーではないコーナーへのアクセスを用いた。実験には、126日齢のTS2-neo(n=8)およびWT(n=8)を使用した。3匹のTS2-neoは、コーナーへのアクセス回数が少なく、データからは除外した。
 抑制性神経細胞移動解析には、TS2-neoと抑制性神経細胞において蛍光たんぱく質(Venus)を発現する、VGAT-Venus系統を交配し、抑制性神経細胞を蛍光標識した胎生13.5日のマウス脳を用いて行った。また、シナプス数を評価するため、21日齢のマウス脳にて、プレシナプスマーカー(VGAT、VGluT1、VGluT2)を用いて免疫染色を行い、バレル皮質のsynaptic punctaの密度と面積を測定した。

【結果】
 IntelliCageを用いた行動柔軟性実験では、Acquisition phaseと3回のReversal learning phaseにおいて、TS2-neoとWTの学習効率は等しく、2群間での行動柔軟性に違いはなかった。各Session開始時の報酬コーナーが混雑する時間帯において、TS2-neoの報酬コーナーへのアクセスのピークは、WTに比べて早かった。またTS2-neoは、最後5日間のセッションの最初10分において、有意に長い飲水持続時間を示した。以上よりTS2-neoは、社会的競争優位性があると考えられた。
 抑制性プレシナプスマーカーであるVGAT punctaに対する免疫組織学染色では、TS2-neoとWTにバレル皮質第2層で明らかな違いは認められなかったが、第4層においてTS2-neoでpunctaの密度が増加し、そのサイズが小さくなっていた。これに対し、興奮性プレシナプスマーカーであるVGluT1/2punctaの密度、サイズに違いはみられなかった。胎生13.5日齢の大脳新皮質における移動中のVenus陽性抑制性神経細胞の数および分布を定量解析した結果、TS2-neoでは、移動中の抑制性神経細胞がより多く認められ細胞移動の亢進などが示唆された。一方、Venus陽性抑制性神経細胞の垂直方向への分布に差はなかった。

【考察】
 TS2-neoは、集団飼育状態において、行動柔軟性に変化はなかったものの、社会的競争優位性を示した。組織学的には、胎生期大脳新皮質における抑制性神経細胞の増加と、発達期バレル皮質第4層におけるVGAT puncta密度の増加、サイズの減少がみられた。今回明らかとなった胎生期大脳新皮質における移動中抑制性神経細胞数の増加は、カルシウムシグナリングの異常に伴い、神経細胞の増殖、分化、移動などが変化した結果と考察されるとともに、その後の軸索・樹状突起発達やシナプス形成といった神経回路形成にも影響を与え得る。このような、カルシウムシグナリングの異常によって生じる回路形成変化は、今回見いだされた抑制性シナプス前マーカーであるVGAT punctaの密度、サイズの異常に関連する可能性があり、これによりE/Iバランスの乱れが生じることが、ASD病態の一因となっていることが推測される。

【結語】
 本研究から、グループ飼育という、より生理的かつ複雑な条件においてTS2-neoマウスの社会的競争優位性が明らかとなった。また抑制性神経の回路形成異常が、ASDの病態において重要とされるE/Iバランスの乱れを引き起こしている事が示唆された。TS病態を理解するために、G406R変異がどのように作用して神経回路形成・発達およびマウスのASD関連行動に影響を及ぼすか、さらなる研究が必要である。

この論文で使われている画像

参考文献

1 Splawski I, Timothy KW, Sharpe LM, Decher N, Kumar P, Bloise R, Napolitano C, Schwartz PJ, Joseph RM, Condouris K et al. (2004) CaV1.2 calcium channel dysfunction causes a multisystem disorder including arrhythmia and autism. Cell 119, 19–31.

2 Splawski I, Timothy KW, Decher N, Kumar P, Sachse FB, Beggs AH, Sanguinetti MC and Keating MT (2005) Severe arrhythmia disorder caused by cardiac L-type calcium channel mutations. Proc Natl Acad Sci USA 102, 8089–8096.

3 Dick IE, Joshi-Mukherjee R, Yang W and Yue DT (2016) Arrhythmogenesis in Timothy syndrome is associated with defects in Ca 2+ -dependent inactivation. Nat Commun 7, 1–12.

4 Bader PL, Faizi M, Kim LH, Owen SF, Tadross MR, Alfa RW, Bett GCL, Tsien RW, Rasmusson RL and Shamloo M (2011) Mouse model of Timothy syndrome recapitulates triad of autistic traits. Proc Natl Acad Sci USA 108, 15432–15437.

5 Rendall AR, Ford AL, Perrino PA and Holly Fitch R (2017) Auditory processing enhancements in the TS2- Neo mouse model of Timothy syndrome, a rare genetic disorder associated with autism spectrum disorders. Adv Neurodev Disord 1, 176–189.

6 Horigane S, Ozawa Y, Yamada H and Takemoto- Kimura S (2019) Calcium signalling: a key regulator of neuronal migration. J Biochem 165, 401–409.

7 Spitzer NC (2006) Electrical activity in early neuronal development. Nature 444, 707–712.

8 Rosenberg SS and Spitzer NC (2011) Calcium signaling in neuronal development. Cold Spring Harb Perspect Biol 3, a004259.

9 Bartolini G, Ciceri G and Mar´ın O (2013) Integration of GABAergic interneurons into cortical cell assemblies: lessons from embryos and adults. Neuron 79, 849–864.

10 Bortone D and Polleux F (2009) KCC2 expression promotes the termination of cortical interneuron migration in a voltage-sensitive calcium-dependent manner. Neuron 62, 53–71.

11 Greer PL and Greenberg ME (2008) From synapse to nucleus: calcium-dependent gene transcription in the control of synapse development and function. Neuron 59, 846–860.

12 Oh WC and Smith KR (2019) Activity-dependent development of GABAergic synapses. Brain Res 1707, 18–26.

13 Rubenstein JLR and Merzenich MM (2003) Model of autism: increased ratio of excitation/inhibition in key neural systems. Genes Brain Behav 2, 255–267.

14 Nelson SB and Valakh V (2015) Excitatory/inhibitory balance and circuit homeostasis in autism spectrum disorders. Neuron 87, 684–698.

15 Kamijo S, Ishii Y, Horigane S, Suzuki K, Ohkura M, Nakai J, Fujii H, Takemoto-Kimura S and Bito H (2018) A critical neurodevelopmental role for L-type voltage-gated calcium channels in neurite extension and radial migration. J Neurosci 38, 5551– 5566.

16 Krey JF, Pa sca SP, Shcheglovitov A, Yazawa M, Schwemberger R, Rasmusson R and Dolmetsch RE (2013) Timothy syndrome is associated with activity- dependent dendritic retraction in rodent and human neurons. Nat Neurosci 16, 201–209.

17 Panagiotakos G, Haveles C, Arjun A, Petrova R, Rana A, Portmann T, Pa sca SP, Palmer TD and Dolmetsch RE (2019) Aberrant calcium channel splicing drives defects in cortical differentiation in Timothy syndrome. eLife 8, e51037.

18 Pa sca SP, Portmann T, Voineagu I, Yazawa M, Shcheglovitov A, Pa sca AM, Cord B, Palmer TD, Chikahisa S, Nishino S et al. (2011) Using iPSC-derived neurons to uncover cellular phenotypes associated with Timothy syndrome. Nat Med 17, 1657–1662.

19 Birey F, Andersen J, Makinson CD, Islam S, Wei W, Huber N, Fan HC, Metzler KRC, Panagiotakos G, Thom N et al. (2017) Assembly of functionally integrated human forebrain spheroids. Nature 545, 54–59.

20 Endo T, Maekawa F, Vo~ikar V, Haijima A, Uemura Y, Zhang Y, Miyazaki W, Suyama S, Shimazaki K, Wolfer DP et al. (2011) Automated test of behavioral flexibility in mice using a behavioral sequencing task in IntelliCage. Behav Brain Res 221, 172–181.

21 Endo T, Kakeyama M, Uemura Y, Haijima A, Okuno H, Bito H and Tohyama C (2012) Executive function deficits and social-behavioral abnormality in mice exposed to a low dose of dioxin in utero and via lactation. PLoS One 7, e50741.

22 Zhang Z, Jiao YY and Sun QQ (2011) Developmental maturation of excitation and inhibition balance in principal neurons across four layers of somatosensory cortex. Neuroscience 174, 10–25.

23 Nagai T, Ibata K, Park ES, Kubota M, Mikoshiba K and Miyawaki A (2002) A variant of yellow fluorescent protein with fast and efficient maturation for cell-biological applications. Nat Biotechnol 20, 87–90.

24 Wang Y, Kakizaki T, Sakagami H, Saito K, Ebihara S, Kato M, Hirabayashi M, Saito Y, Furuya N and Yanagawa Y (2009) Fluorescent labeling of both GABAergic and glycinergic neurons in vesicular GABA transporter (VGAT)–venus transgenic mouse. Neuroscience 164, 1031–1043.

25 Dougherty R (2005) Extensions of DAMAS and Benefits and Limitations of Deconvolution in Beamforming. Paper presented at the 11th AIAA/ CEAS Aeroacoustics Conference, Monterey, California. AIAA paper 2005-2961.

26 akeuchi Y, Asano H, Katayama Y, Muragaki Y, Imoto K and Miyata M (2014) Large-scale somatotopic refinement via functional synapse elimination in the sensory thalamus of developing mice. J Neurosci 34, 1258–1270.

27 Fremeau RT, Kam K, Qureshi T, Johnson J, Copenhagen DR, Storm-Mathisen J, Chaudhry FA, Nicoll RA and Edwards RH (2004) Vesicular glutamate transporters 1 and 2 target to functionally distinct synaptic release sites. Science 304, 1815–1819.

28 Benner S, Endo T, Endo N, Kakeyama M and Tohyama C (2014) Early deprivation induces competitive subordinance in C57BL/6 male mice. Physiol Behav 137, 42–52.

29 Pu´scian A, Łezski S, Go´rkiewicz T, Meyza K, Lipp H-P and Knapska E (2014) A novel automated behavioral test battery assessing cognitive rigidity in two genetic mouse models of autism. Front Behav Neurosci 8, 140.

30 Garrett L, Chang YJ, Niedermeier KM, Heermann T, Enard W, Fuchs H, Gailus-Durner V, de Angelis MH, Huttner WB, Wurst W et al. (2020) A truncating Aspm allele leads to a complex cognitive phenotype and region-specific reductions in parvalbuminergic neurons. Transl Psychiatry 10, 66.

31 Kuschefski M, Falter-Wagner CM, Bente G, Vogeley K and Georgescu AL (2019) Inferring power and dominance from dyadic nonverbal interactions in autism spectrum disorder. Autism Res 12, 505–516.

32 Ogawa S, Iriguchi M, Lee YA, Yoshikawa S and Goto Y (2019) Atypical social rank recognition in autism spectrum disorder. Sci Rep 9, 15657.

33 Wang L, Pang K, Han K, Adamski CJ, Wang W, He L, Lai JK, Bondar VV, Duman JG, Richman R et al. (2019) An autism-linked missense mutation in SHANK3 reveals the modularity of Shank3 function. Mol Psychiatry https://doi.org/10.1038/s41380-018-0324-x.

34 Saxena K, Webster J, Hallas-Potts A, Mackenzie R, Spooner PA, Thomson D, Kind P, Chatterji S and Morris RGM (2018) Experiential contributions to social dominance in a rat model of fragile-X syndrome. Proc Biol Sci 285, 20180294.

35 Anacker AMJ, Moran JT, Santarelli S, Forsberg CG, Rogers TD, Stanwood GD, Hall BJ, Delpire E, Veenstra-VanderWeele J and Saxe MD (2019) Enhanced social dominance and altered neuronal excitability in the prefrontal cortex of male KCC2b mutant mice. Autism Res 12, 732–743.

36 Tabuchi K, Blundell J, Etherton MR, Hammer RE, Liu X, Powell CM and Sudhof TC (2007) A neuroligin-3 mutation implicated in autism increases inhibitory synaptic transmission in mice. Science 318, 71–76.

37 Reiner O, Karzbrun E, Kshirsagar A and Kaibuchi K (2016) Regulation of neuronal migration, an emerging topic in autism spectrum disorders. J Neurochem 136, 440–456.

38 Tang ZZ, Sharma S, Zheng S, Chawla G, Nikolic J and Black DL (2011) Regulation of the mutually exclusive exons 8a and 8 in the CaV1.2 calcium channel transcript by polypyrimidine tract-binding protein. J Biol Chem 286, 10007–10016.

39 Takemoto-Kimura S, Suzuki K, Horigane S, Kamijo S, Inoue M, Sakamoto M, Fujii H and Bito H (2017) Calmodulin kinases: essential regulators in health and disease. J Neurochem 141, 808–818.

参考文献をもっと見る

全国の大学の
卒論・修論・学位論文

一発検索!

この論文の関連論文を見る