YEATS2ノックダウンはショウジョウバエのドーパミン作動性シナプスの完全性を損ない、てんかん様行動を引き起こす

2024-05-29 Wed
YEATS2遺伝子ドーパミンショウジョウバエシナプスの完全性てんかんストレス反応
YEATS2遺伝子ノックダウンがショウジョウバエのドーパミン作動性シナプスの完全性と癲癇様行動に及ぼす影響に関する研究背景紹介癲癇は一般的な神経系疾患であり、脳の異常な電気活動を特徴とします。これらの異常活動は癲癇発作やその他の神経症状を引き起こす可能性があります。家族性成人ミオクローヌス癲癇（familial adult myoclonic epilepsy、略してFAME）は希少な常染色体優性遺伝病であり、皮質ミオクローヌスと突発性癲癇発作を特徴とします。現在、FAME1-FAME6の6種類のタイプが知られており、それぞれ異なる遺伝子上の五ヌクレオチドリピート拡大と関連しています。その中で、FAME4はYEATS2遺伝子の最初のイントロンにおけるTTTTA/TTTCAリピート拡大によって引き起こされます。研究者たちはこれらのリピート拡大が主にRNA毒性を通じて作用すると示していますが、リピート拡大によって影響を受ける遺伝子自体の神経細胞における正確な機能はまだ明確ではありません。
論文出典本論文は2023年12月20日に《Progress in Neurobiology》誌にオンライン発表され、Luca Lo Piccoloら複数の学者による共同研究であり、チェンマイ大学、コンスタンツ大学、マックスプランク動物行動研究所、コンケン大学、チュラロンコン大学の複数の研究センターが関与しています。
研究プロセス詳細紹介実験デザインと方法本研究ではショウジョウバエをモデル生物として用い、全神経細胞でのYEATS2遺伝子（以下dYEATS2）のノックダウンを通じて、その神経機能と行動への影響を探求しました。具体的な実験プロセスは以下の通りです：
ショウジョウバエ系統と培養：標準的なトウモロコシ粉酵母グルコース培地を用いてショウジョウバエを飼育し、環境条件は25°C、湿度55%、光暗周期は12:12に設定しました。
遺伝子ノックダウン：Gal4/UASシステムを用いて、2つの独立したRNA干渉（RNAi）配列（dYEATS2 ir-1とdYEATS2 ir-2）によりdYEATS2の発現をノックダウンしました。実験ではelavC155-Gal4とnSyb-Gal4を使用して、幼虫と成虫の段階で全神経細胞でRNAiを発現させました。
行動実験：電気刺激、熱刺激、機械的ストレステストを用いてショウジョウバエの急性ストレス耐性を評価しました。さらに、昼夜のリズム活動、爬行能力、社会的行動などもテストしました。
神経シナプス観察：免疫蛍光法を用いてショウジョウバエ幼虫の神経筋接合部（NMJs）の形態を観察し、シナプスの完全性を評価しました。
神経伝達物質分析：超高性能液体クロマトグラフィー-エレクトロスプレーイオン化四重極飛行時間質量分析連携法（UHPLC-ESI-QTOF-MS）を用いて神経伝達物質の含量を測定しました。
主な結果およびデータの支持癲癇様行動と急性ストレス：実験結果は、dYEATS2ノックダウンショウジョウバエ（dYEATS2 ir-1およびdYEATS2 ir-2）が電気刺激、熱刺激および機械的ストレスにおいて顕著な癲癇様行動（seizure-like behavior, SLB）を示し、その回復時間が顕著に延長されることを示しています。これはdYEATS2が神経細胞のストレス反応調節に重要な役割を果たしていることを示唆しています。
複雑な行動分析：dYEATS2ノックダウンショウジョウバエは爬行能力および社会的行動において欠陥を示しましたが、昼夜のリズム活動には顕著な差は見られませんでした。これらのデータは、dYEATS2が神経可塑性および行動調節において役割を果たす可能性を示しています。
神経伝達物質レベル：質量分析の結果は、dYEATS2ノックダウンショウジョウバエでドーパミン（DA）レベルが顕著に低下していることを示しましたが、GABA、グルタミン酸および5-ヒドロキシトリプタミンのレベルに顕著な差は見られませんでした。さらに、遺伝子発現分析は、dYEATS2のノックダウンがドーパミン合成の重要な酵素であるチロシンヒドロキシラーゼ（TH）をコードする遺伝子の発現を低下させることを示しました。
L-Dopa補救実験：長期および急性の2種類の方法でL-Dopa（ドーパミン前駆体）を投与した結果、ドーパミンレベルの向上によりdYEATS2ノックダウンショウジョウバエの癲癇様行動および探索行動が改善しました。これにより、dYEATS2がドーパミン作動性シナプスの完全性に重要であることがさらに示されました。
結論と研究価値研究結果は、dYEATS2がドーパミン合成の調節およびシナプスの完全性の維持において重要な役割を果たしていることを示し、その欠失がショウジョウバエの神経機能障害および癲癇様行動を引き起こすことを示しています。L-Dopaの補救効果もこの仮説をさらに支持しています。この発見はFAME4の発病メカニズムの理解を深化させるだけでなく、関連する治療法の開発に新たな視点を提供します。
研究のハイライト新機能の解明：dYEATS2が神経細胞の行動およびシナプスの完全性の調節において役割を果たすことを初めて示しました。
ドーパミンメカニズムの分析：dYEATS2がTH遺伝子発現を介してドーパミン合成を調節するメカニズムを詳しく説明しました。
L-Dopa補救実験：ドーパミンレベルの向上が関連する神経行動欠損を改善できることを証明しました。
その他有用な情報本研究は、YEATS2遺伝子の機能理解を深めるだけでなく、他の関連する神経遺伝病研究に新たな視点を提供します。ショウジョウバエモデルを使用することにより、研究はRNA干渉技術が神経行動学研究において強力な応用可能性を持つことを示しました。
総括この研究は、多国籍の専門家によって共同で行われ、高レベルの学際的な協力を示しています。厳密な実験デザインを通じて、YEATS2遺伝子がショウジョウバエの神経系において重要な役割を果たしていることを明らかにしました。本研究の結果は、家族性成人ミオクローヌス癲癇の理解および潜在的な治療法の開発にとって重要な科学的価値を持っています。