発達期麻酔薬曝露による神経幹細胞のクロマチンポテンシャル制御機構の解明

阐明发育麻醉暴露控制神经干细胞染色质电位的机制

• 批准号: 22K16603
• 负责人: 土井 浩義
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K16603/
• 关键词: ニューロン新生; 神経幹細胞; クロマチン; ATAC-seq; クロマチンポテンシャル; ミダゾラム; 麻酔薬

神経幹細胞は、ヒトを含めた哺乳類の海馬領域に生涯にわたって存在し、持続的にニューロンを産生することで、海馬依存的な認知機能の維持に貢献している。これまでに、幼若期の麻酔薬ミダゾラム(MDZ)への曝露により、神経幹細胞の長期的な休止状態を誘導し、海馬ニューロン新生を抑制することで、成体期以降の認知機能の低下を引き起こすことを明らかにした。また、次世代シークエンスを用いた網羅的遺伝子発現解析により、MDZ曝露による神経幹細胞の長期的な休止には、Notch2,RESTなど静止状態関連遺伝子の発現が関与することが分かったが、その遺伝子発現制御メカニズムは不明であった。そこで、本研究では、遺伝子発現制御機構の一つとして知られているクロマチン構造、特にクロマチンの開閉状態を全ゲノムで網羅的に解析した。【方法】海馬神経幹細胞特異的に緑色蛍光タンパク質(GFP)を発現するNestin-EGFPマウスを使用し、生後7日目(P7)にMDZを1日1回、計3日間腹腔内に連続投与した。【結果】対照(Ctrl)マウスと比較して、MDZ曝露マウス(MDZマウス)ではP10に9,648個の新規オープン領域が同定され、8wにおいても4168領域(43%)が持続的にオープンであり、クロマチンのアクセス性が増加していた。また、静止状態関連遺伝子近傍のオープン領域を比較したところ、8wのMDZマウスではCtrlに比べてアクセス性が増加しており、遺伝子発現量の増加と一致する結果になった。【考察】幼若期のMDZ曝露は神経幹細胞におけるクロマチン構造変化を介して、静止誘導関連遺伝子の発現に関与する可能性が示唆された。また、MDZ誘導性の認知機能障害が自発的運動により改善することを見出しており、この回復にクロマチン構造変化が関与しているかを現在解析中である。

神经干细胞在包括人类在内的哺乳动物海马区域中存在，并且通过不断产生神经元，它们有助于维持海马依赖性认知功能。到目前为止，我们已经表明，在少年阶段暴露于麻醉咪达唑仑（MDZ）会诱导神经干细胞的长期静息状态，并抑制海马神经元的新生成，从而导致成年后认知能力下降。此外，使用下一代测序的综合基因表达分析表明，由于MDZ暴露，静态状态相关基因（例如Notch2和Rest）的表达与长期的神经干细胞有关，但基因表达控制的机制却未知。因此，在这项研究中，我们全面分析了整个基因组的染色质结构，该结构被称为基因表达控制机理之一，尤其是染色质的开放/封闭状态。方法：使用特异性表达绿色荧光蛋白（GFP）的NESTIN-EGFP小鼠，并在产后的第7天（P7）每天对MDZ进行一次腹膜内治疗，总共三天。结果：与对照（CTRL）小鼠相比，在暴露于MDZ的小鼠（MDZ小鼠）的P10中发现了9,648个新的开放区域，并在8W时持续开放4168个区域（43％），从而提高了染色质的可及性。此外，与CTRL相比，在比较静息状态相关基因附近的开放区域时，可访问性增加，导致基因表达水平的升高。 [讨论]有人提出，通过神经干细胞中染色质结构的变化，少年时期的MDZ暴露可能与静态诱导相关基因的表达有关。我们还发现，MDZ诱导的认知功能障碍通过自发运动改善，目前我们正在分析这种恢复中是否涉及染色质结构变化。

项目成果

幼若期ミダゾラム曝露による神経幹細胞のクロマチン構造変化

生命早期暴露于咪达唑仑导致神经干细胞染色质结构的变化

• 发表时间: 2022
• 作者: 土井 浩義;松田 泰斗;中島 孝輔 ;中島 欽一;山浦 健
• 通讯作者: 山浦 健

生後早期のミダゾラム曝露はクロマチンのアクセス性を持続的に変化させ、成体ニュ―ロン新生および認知機能を低下させる

产后早期接触咪达唑仑会持续改变染色质的可及性并损害成人的神经发生和认知功能。

• 发表时间: 2022
• 作者: 土井 浩義;松田 泰斗;山浦 健;中島 欽一
• 通讯作者: 中島 欽一