Influence of altered synapse pruning in the developing cerebellum on mouse behaviors relevant to autism spectrum disorder and schizophrenia

发育中小脑突触修剪的改变对与自闭症谱系障碍和精神分裂症相关的小鼠行为的影响

• 批准号: 21H04785
• 负责人: 狩野 方伸
• 金额: $ 27.21万
• 依托单位: Teikyo University (2023)The University of Tokyo (2021-2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04785/
• 关键词: シナプス刈り込み; 発達期; 小脳; 自閉スペクトラム症; 統合失調症

小脳の障害が自閉スペクトラム症や統合失調症の発症に関わるという多くの報告があるが、発達期小脳のシナプス刈り込みの異常とこれらの精神神経疾患との関連は不明である。本研究では、これらの精神疾患の関連遺伝子をプルキンエ細胞特異的に欠損させたマウスを対象に、発達期小脳の登上線維シナプス刈り込み、前頭前野のシナプス伝達、精神疾患関連行動を精査し、さらに、プルキンエ細胞の活動を変調してシナプス刈り込みを正常化した場合の効果を解析する。これらにより、発達期小脳の登上線維シナプス刈り込みの異常な亢進や障害が、如何にして前頭前野のシナプス機能に永続的な影響を及ぼし、精神疾患類似の行動異常を起こすのかを追及している。令和4年度は、自閉スペクトラム症関連遺伝子の1つである細胞接着分子の小脳プルキンエ細胞特異的ノックアウトマウスにおいて、この分子がプルキンエ細胞に発現している小脳領域の形態解析を終了した。登上線維シナプス前終末、平行線維シナプス前終末、抑制性シナプス前終末を、それぞれの特異的マーカーの抗体を用いて、詳細な形態学的解析を行ったが、明白な異常は認められなかった。また、前頭前野の2/3層の錐体細胞の興奮性シナプス伝達と抑制性シナプス伝達について調べたところ、生後3-4週ではいずれも有意な差は見られなかったが、生後2カ月以上の成体では微小興奮性シナプス後電流(mEPSC)の頻度が上昇していた。さらに、前頭前野の2/3層の錐体細胞の樹状突起スパインの密度と形態を調べ、生後2カ月以上の成体のノックアウトマウスにおいてシナプス密度が上昇しているという予備的結果を得た。一方、統合失調症のリスク遺伝子の1つであるヒストン修飾酵素のプルキンエ細胞特異的ノックアウトマウスの行動学的解析を開始したが、社会性やプレパルス抑制など、典型的な統合失調症類似行動については、異常はみられなかった。

有许多报道表明，小脑疾病与自闭症谱系障碍和精神分裂症的发病有关，但发育中小脑突触修剪异常与这些神经精神疾病之间的关系尚不清楚。在这项研究中，我们研究了发育中小脑中的攀爬纤维突触修剪、前额皮质中的突触传递以及与这些精神疾病相关的浦肯野细胞特异性基因缺失的小鼠的精神疾病相关行为，以分析这些精神疾病的影响。通过调节浦肯野细胞活性使突触修剪正常化。通过这些努力，我们正在研究发育中小脑中攀爬纤维突触修剪的异常增强或损害如何永久影响前额皮质的突触功能并导致类似于精神障碍的行为异常。 2020财年，我们在小脑浦肯野细胞特异性敲除小鼠中完成了小脑区域的形态学分析，其中浦肯野细胞表达细胞粘附分子，这是与自闭症谱系障碍相关的基因之一。我们使用各自特异性标记物的抗体对攀爬纤维突触前末梢、平行纤维突触前末梢和抑制性突触前末梢进行了详细的形态学分析，但没有观察到明显的异常。此外，在检查前额叶皮层2/3层锥体神经元的兴奋性和抑制性突触传递时，3周龄和4周龄之间没有发现显着差异，但2个月龄后，微小兴奋性突触后电流的频率（ mEPSC）在成人中增加。此外，我们还研究了前额叶皮层2/3层锥体神经元树突棘的密度和形态，初步结果显示2个月以上的成年敲除小鼠突触密度增加。另一方面，我们已经开始对浦肯野细胞特异性基因敲除小鼠进行组蛋白修饰酶的行为分析，组蛋白修饰酶是精神分裂症的危险基因之一，但尚未研究典型的精神分裂症样行为，例如社交性和前脉冲抑制。没有观察到异常。

项目成果

生後小脳発達と社会性行動に関わる自閉症感受性遺伝子AUTS2の生理機能の解明

阐明自闭症易感基因AUTS2的生理功能，该基因参与出生后小脑发育和社会行为

• 发表时间: 2021
• 作者: 堀 啓;山城 邦比古;Esther Lai;青木 瞭;嶋岡 可純;有村 奈利子;江草 早紀;坂本 亜沙美;阿部 学;崎村 健司;渡邊 貴樹;上坂 直史;狩野 方伸;星野 幹雄
• 通讯作者: 星野 幹雄

脳の機能発達を担うシナプス刈り込みのアストロサイト依存性とその分子基盤

星形胶质细胞依赖性突触修剪在脑功能发育中的作用及其分子基础

• 发表时间: 2021
• 作者: 上阪 直史;赤松 翼;狩野 方伸
• 通讯作者: 狩野 方伸

ミュンヘン工科大学(ドイツ)

慕尼黑工业大学（德国）

神経発火異常を引き起こす巨大スパインの非線形コンピュテーション

导致神经放电异常的巨棘的非线性计算

• 发表时间: 2022
• 作者: 小尾（永田） 紀翔;鈴木 紀光;Matthew L. MacDonald;Kenneth N. Fish;白井 福寿;沖村 宰;長濱 健一郎;田中 昌司;狩野 方伸;Robert A. Sweet;林（高木） 朗子
• 通讯作者: 林（高木） 朗子

神経活動に依存したシナプス刈り込みによる成熟神経回路の形成

通过依赖于神经活动的突触修剪形成成熟的神经回路

• 发表时间: 2023
• 作者: Hirayama Yuri;Anzai Naohiko;Kinouchi Hiroyuki;Koizumi Schuichi;狩野 方伸
• 通讯作者: 狩野 方伸