自閉症リスク遺伝子 Trio の顆粒細胞における機能が歯状回の形態形成を調節する

2024-08-04 Sun
Trio 自閉症スペクトラム障害歯状回の形態形成ニューロンの移動空間トランスクリプトミクスシーケンシング
研究背景及目的自閉症スペクトラム障害（Autism Spectrum Disorders, ASDs）は、高度な遺伝性を持つ一群の神経発達障害であり、主に社会的相互作用の異常、コミュニケーション障害、制限された反復的行動や興味として現れます。これまでの研究では、自閉症患者とそのマウスモデルにおいて、海馬を含む脳領域の構造変化が報告されており、特にASDを患う患者では、海馬歯状回（dentate gyrus, DG）の顆粒細胞（granule cells, GCs）層の局所的な構造変形とGCsの異所性分布が顕著であることが示されています。しかし、これまでASDリスク遺伝子のDG発達異常における作用メカニズムの研究は十分ではありませんでした。
この研究では、高感受性ASD遺伝子の一つであるTrioがマウスのDG形態形成過程で果たす役割を探究しました。私たちは、Trio遺伝子の欠損が出生後のDG発達不全を引き起こし、自閉症関連行動を示すことを発見しました。これらの発見は、DG発達におけるTrioの具体的な役割を明らかにしただけでなく、ASDの病態生理メカニズムの理解に新たな手がかりを提供しています。
論文出典及び著者情報この研究論文は、北京大学精神衛生研究所のMengwen Sun、Weizhen Xue、Hu Meng、Xiaoxuan Sun、Tianlan Lu、Weihua Yue、Lifang Wang、Dai Zhang、Jun Liらの研究者によって共同で完成されました。論文は2024年2月の「Neuroscience Bulletin」に掲載されています。
研究方法実験設計実験設計には、Trio遺伝子条件付きノックアウトマウスに対する多様な生物学的実験が含まれており、形態学的検査、行動学的テスト、免疫蛍光染色、ウェスタンブロッティングなどが行われました。具体的な手順は以下の通りです：
マウスの飼育すべてのマウスは北京大学動物倫理委員会のガイドラインに従って飼育および取り扱われました。Trio条件付きノックアウト（conditional knockout, cKO）マウスは、Triofl/flマウスとCre組換え酵素遺伝子を発現するマウスを交配して得られました。実験に使用された様々なマウス系統はすべてC57BL/6背景でした。
形態学的検査30μm厚の冠状切片を用いて、異なる発達段階のマウス海馬の形態を検査し、対照群とTrio欠損マウスのDGのサイズと構造変化を比較しました。
免疫蛍光脳切片に対して免疫蛍光染色を行い、DG内の異なる細胞タイプの数と分布を検出しました。これには、PAX6、TBR2、PROX1、NEUNなどでマークされた細胞が含まれます。
行動学的テスト自閉症関連行動を評価するために、研究チームはマウスに一連の行動学的テストを実施しました。これには、三室社会的相互作用テスト、ホールボードテスト、ビー玉埋め行動テスト、明暗箱テスト、高架式十字迷路テスト、オープンフィールドテストなどが含まれます。
空間トランスクリプトーム解析DG発達過程における異なる神経細胞の遺伝子発現パターンとTrioの具体的な役割を分析するために、研究チームは空間トランスクリプトーム解析技術を用いてDGの細胞タイプ分類と機能分析を行いました。
実験結果Trio遺伝子の欠損によるDG発達不全形態学的検査の結果、Triofl/fl;Emx1-Creマウスの脳は対照群のマウスよりも小さく、DGのサイズと形態も著しく異常でした。特にDGの上刃領域では、顆粒細胞が鋸歯状に配列しており、Trio欠損がDG発達に与える影響が主に出生後の段階に集中していることを示しています。
Trio欠損による細胞分布と移動への影響免疫蛍光の結果、Trio欠損マウスでは、DG内のPAX6+前駆細胞とTBR2+中間前駆細胞の数が著しく減少し、PROX1+およびNEUN+ニューロンの数も同様に減少していました。これらの細胞のDG内での分布パターンも明らかに変化しており、前駆細胞のマウス出生後早期の移動経路が阻害され、顆粒細胞層の組織の乱れを引き起こしていました。
興奮性ニューロンの移動に対するTrioの異なる作用空間トランスクリプトーム解析を通じて、研究チームはTrioが異なるタイプのニューロンで異なる発現レベルを示すことを発見し、Trioがニューロンの移動と細胞骨格の組織化を調節する上で細胞タイプ特異的な役割を持つことを示しました。Trio欠損マウスでは、関連するシグナル経路と遺伝子発現の変化が主に後期発達の興奮性ニューロンに集中していました。
Trioの自閉症関連行動の調節への関与行動学的テストの結果は、Trio欠損マウスが自閉症関連の行動異常を示すことを確認しました。これには、社会的新規性認識能力の障害と常同行動の増加が含まれます。これらの発見は、Trio欠損によるDG発達不全が自閉症の中核的な行動症状と関連していることを示しています。
研究の結論と意義この研究は、Trio遺伝子のDG発達における特定の役割と自閉症関連行動との関係を包括的に明らかにしました。研究結果は、ASDの病態生理メカニズムの理解をさらに深めただけでなく、将来の自閉症などの神経発達障害の治療に向けた新しい標的と方向性を提供しています。
新興の研究方向として、TrioとDG発達の関係は、自閉症の発症メカニズムを探る新しい視点を提供しています。今後の研究では、Trioの他の脳領域や異なる発達段階での役割をさらに探究し、ASDの病因メカニズムをより包括的に解明し、臨床介入のための基礎データを提供することが期待されます。
研究のハイライトと革新点DG発達におけるTrioの重要な役割の発見：一連の生物学的実験と行動学的テストを通じて、Trio遺伝子のDG発達における役割と自閉症関連行動との関係を明確にしました。
空間トランスクリプトーム解析：空間トランスクリプトーム解析技術を初めて適用し、異なるタイプのニューロンにおけるTrioの特異的な発現とその作用メカニズムを明らかにしました。
自閉症行動との関連性の検証：行動学的テストを通じて、Trio欠損によるDG発達不全と自閉症の中核的な行動症状との関連を検証しました。
結語この研究は、Trio遺伝子がDG発達とASD関連行動において重要な役割を果たすことを明らかにしただけでなく、将来の神経発達障害の病理メカニズムの探索と潜在的な治療標的の発見に新しい方向性を提供しました。研究チームの努力は、脳科学と臨床医学の融合に貴重な科学的根拠を提供し、複雑な神経疾患の解決における精密医療の可能性と希望を示しています。