Brain Research Institute
Niigata University

Annual Report 2020新潟大学脳研究所年報2020

ヒト剖検脳のトランスクリプトーム解析による認知症の原因・感受性遺伝子探索（大阪大・菊地正隆先生からご提供頂いた原図を新潟大・宮下哲典が改変し、使用した）

目 次

１．組織図・研究所のデータ

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1

２．各分野の研究活動
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 5○ 分子神経生物学分野〇 腫瘍病態学分野

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 7○ 細胞病態学分野

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 8
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10○ システム脳病態学分野○ 病理学分野 ／ 脳疾患標本資源解析学分野

・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 13

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 18○ 分子病態学（客員）分野○ 脳神経外科学分野

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 20○ 脳神経内科学分野

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 26○ 統合脳機能研究センター

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 32○ 遺伝子機能解析学分野

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 34○ 動物資源開発研究分野

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 39○ モデル動物開発分野

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 42
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 46○ 分子神経疾患資源解析学分野○ 脳病態解析分野

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 48

３．社会との連携・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 50

４．共同利用・共同研究拠点
共同利用・共同研究採択者一覧

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 61

報告書
プロジェクト型共同研究○ タウオパチーおける海馬由来コリン作動性 神経刺激ペプチド関連因子の動態
名古屋市立大学大学院医学研究科 松川 則之

・・・・・・・・・・・・・・・ 65○ 統合失調症モデル動物を用いた幻聴の神経基盤に関する研究
熊本大学生命科学研究部 宋 文杰・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 67

○ アルツハイマー病脳におけるアミロスフェロイド形成と神経細胞障害の時空間的解析
神戸医療産業都市推進機構 星 美奈子

・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 70○ 筋萎縮性側索硬化症 (ALS) 細胞質 TDP-43 凝集体形成を抑制する分子の同定と機能解析
杏林大学保健学部臨床検査技術学科 渡部 和彦

・・・・・・・・・・・・・・ 73○ 深層学習画像処理技術の開発と応用による脳神経外科手術映像解析
北海道大学病院 杉山 拓

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 75○ 内因的行動の神経基盤の解明
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 78

中京大学心理学部 酒多 穂波○ 新しいフェロトーシス阻害システムによる神経細胞保護の検討
群馬大学食健康科学教育研究センター 鳥居 征司

・・・・・・・・・・・・・ 80○ 慢性疼痛関連分子を標的とした脳および脊髄での機能的解明
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 82

関西医科大学医化学 片野 泰代○ 側頭葉てんかんにおけるてんかん焦点の可視化－multimodality を用いた術前評価による外科手術の成績向上に向けて－
国立病院機構西新潟中央病院脳神経外科 福多 真史

・・・・・・・・・・・・・ 84○ 微小管結合タンパク質を中心としたゲノム解析と機能解析・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 87

同志社大学生命医科学部 宮坂 知宏○ マウス遺伝学を用いた体性感覚系神経回路発達の解析
情報・システム研究機構国立遺伝学研究所 岩里 琢治・・・・・・・・・・・ 90○ アルツハイマー病タウ蓄積および変性に対する aquaporin-4 機能促進薬 TGN-073 の効
果の検証
東京大学医学系研究科 山田 薫

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 93○ SCA42 モデルマウスを用いた神経変性疾患病態解明、治療法開発
横浜市立大学大学院医学研究科 土井 宏

・・・・・・・・・・・・・・・・・ 95○ ミクログリア機能修飾によるタウ病態の変化の検討
量子科学技術研究開発機構・量子生命・医学部門 高堂 裕平

・・・・・・・・ 98○ 中枢神経系組織における微量元素の分布：シンクロトロン放射光による測定条件の検討
藤田医科大学研究統括監理部 松浦 晃洋

・・・・・・・・・・・・・・・・・ 100○ 脳梁膨大後皮質におけるグルタミン酸受容体 GluD2 による入力選択的回路形成機構
北海道大学大学院医学研究院 渡辺 雅彦

・・・・・・・・・・・・・・・・・ 102○ マルチモーダルな脳画像と脳機能データを用いたマルチモーダル機械学習
東京医科歯科大学 服部 高明・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 105○ 認知症の解明と精密医療実現を目的としたゲノム-オミクス解析
国立長寿医療研究センター 尾崎 浩一

・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 107○ Experimental autoimmune encephalomyelitis マウスの作成およびそれを用いた治療法開発
藤田医科大学医学部 鈴木 元・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 111

○ 遺伝性脳小血管病モデル動物を用いた脳卒中・認知症の新規治療法の開発
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 113

国立循環器病研究センター 猪原 匡史○ GABA 仮説に基づいた統合失調症モデルラットの病態解析・・・・・・・・・・・・・・・・ 115

群馬大学大学院医学系研究科 柳川 右千夫○ 高磁場 MRI を用いた発達障害に伴う統合的脳機能に関する研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 118

国立成育医療研究センター 小枝 達也○ タウオパチー病理組織標本を用いたタウ PET 画像病理相関解析
量子科学技術研究開発機構・量子生命・医学部門 樋口 真人

・・・・・・・・ 120○ ストレス応答におけるドーパミン受容体の役割の解明
北里大学医学部 板倉 誠・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 122○ シヌクレイノパチーにおける異常蓄積タンパク質の排出亢進と治療法の開発
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 125

弘前大学大学院医学研究科 丹治 邦和○ 血漿中 ILEI 定量による高齢者認知機能障害の初期サロゲイトマーカーとしての検証
・・・・・・・・・・・・・・ 127

滋賀医科大学神経難病研究センター 西村 正樹○ アルツハイマー病に関連するゲノム情報を駆使した多遺伝子解析
・・・・・・・・・・・・・・・・・ 130

大阪大学大学院医学系研究科 菊地 正隆○ 臨床応用に資する[11C]TGN-020 の迅速かつ高収量な製造合成法の開発
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 132

福島県立医科大学保健科学部 久保 均

○ 神経変性疾患特異蛋白と神経細胞脱落：ヒト基底核における定量的検討
信州大学医学部 小柳 清光

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 135○ 脳由来の血中糖タンパク質の網羅的な同定方法の確立
関西医科大学医学部 赤間 智也

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 138○ 睡眠覚醒と記憶制御に関わる視床下部神経の動作原理解明・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 140

名古屋大学環境医学研究所 山中 章弘○ 精神疾患死後脳の分子プロファイル解析・・・・・・・・・・・・・・・・・ 143

東北大学災害科学国際研究所 國井 泰人○ 遺伝子改変マウスを用いた大脳基底核疾患の病態生理の解析
・・・・・・・・・・・・・・・・ 147

自然科学研究機構生理学研究所 知見 聡美○ 歯状回顆粒細胞の興奮性に対する diacylglycerol lipase α の役割の解明
東京大学大学院医学系研究科 菅谷 佑樹

・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 149○ タウ凝集体の伝播におけるミクログリアの役割
鹿児島大学大学院医歯学総合研究科 松本 信英

・・・・・・・・・・・・・・ 151○ 遺伝子改変技術による生体リズム中枢の分子機構の解析
京都大学大学院医学研究科 岡村 均

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 154○ 腸内細菌叢および腸管上皮細胞からの DAMPs 制御による脳虚血病巣進展への影響
日本医科大学大学院 西山 康裕

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 156

○ 孤発性 ALS 患者で見出された新規 microRNA の機能解析
岐阜薬科大学 保住 功・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 159○ 高磁場 MRI を用いたてんかん原性部位及び機能部位との関係の研究・・・・・・・・・・・・・・・ 162

静岡てんかん・神経医療センター 臼井 直敬○ 中枢神経原発悪性リンパ腫における TACC 3 発現とその臨床病理学的意義
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 164

久留米大学医学部 杉田 保雄○ 超偏極低分子化合物の生体トレーサーとしての応用を目指した基礎検討
量子科学技術研究開発機構・放射線医学総合研究所 青木 伊知男

・・・・・・ 168○ NF-kB 活性化を標的とした中枢神経原発悪性リンパ腫治療法の開発に向けた多施設共同研究・・・・・・・・・・・・・・・・ 170

横浜市立大学大学院医学研究科 立石 健祐○ 特発性正常圧水頭症患者脳脊髄液中のバイオマーカー診断と重症度分類の確立
順天堂大学医学部 中島 円

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 173○ Boron neutron capture therapy (BNCT)が播種・浸潤に及ぼす効果の検討
・・・・・・・・・・・・・・・・ 176

京都大学複合原子力科学研究所 近藤 夏子○ RNA-Seq 解析を用いるがん性疼痛と難治性神経障害性疼痛に関連分子の探索・同定・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 178

大阪医科薬科大学 伊藤 誠二○ 認知症関連疾患リスク遺伝子（特に ACE, ABCA7、FUS に関して）検索
・・・・・・・・・・・・・・・ 180

名古屋市立大学大学院医学研究科 赤津 裕康○ 筋強直性ジストロフィーにおけるタウ病変の評価

量子科学技術研究開発機構・量子医科学研究所 高堂 裕平

・・・・・・・・・ 182

連携資源利用型共同研究○ 脳研究に必須な遺伝子改変マウスの系統保存に重要な培養条件の検討
東京医科大学 久慈 直昭

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 184○ 神経変性疾患モデルマウスのヒト疾患との連関
昭和大学医学部 大滝 博和

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 186○ 統合失調症モデルザルの脳病理学的変化の研究
京都大学霊長類研究所 中村 克樹

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 189○ 脳腫瘍の原因遺伝子変異を特異的に抑制する siRNA 核酸医薬品開発
東京大学大学院理学系研究科 程 久美子

・・・・・・・・・・・・・・・・・ 191○ 疾患モデル動物の作製、保存、繁殖に関する最先端技術の開発
熊本大学生命資源研究・支援センター 竹尾 透

・・・・・・・・・・・・・・ 193○ 筋萎縮性側索硬化症におけるイノシトール 6 リン酸キナーゼの役割
東海大学医学部 永田 栄一郎

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 195

○ ヒト特異的な脳細胞は果たしてあるのか？シングルセル比較トランスクリプトーム・
エピゲノム解析・・・・・・・・・・・・・ 197

自然科学研究機構生命創成探究センター 郷 康広

○ 脳神経筋疾患モデルマウスにおける超過剰排卵誘起処理と反復採卵による系統保存システムの開発・・・・・・・・・・・・・・・ 199

公益財団法人実験動物中央研究所 高橋 利一○ 神経幹細胞での遺伝子変異による腫瘍化メカニズムの解析
・・・・・・・・・・・・・・・・ 202

国立病院機構大阪医療センター 金村 米博○ 発達期脳内微細構造の生体イメージングによる神経回路形成機序の解明
・・・・・・・・・・・・・・・・ 205

熊本大学国際先端医学研究機構 水野 秀信○ TDP-43 病変に結合する分子プローブの開発

量子科学技術研究開発機構・量子生命・医学部門 小野 麻衣子

・・・・・・・ 208○ 脳疾患ゲノム情報に基づく病態モデルマウスの開発に関する研究
理化学研究所バイオリソース研究センター 吉木 淳

・・・・・・・・・・・・ 210○ 歩行運動の大脳基底核ドーパミン制御機構の解明
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 213

立命館大学生命科学部 木津川 尚史○ モノアミン神経伝達物質合成関連遺伝子の組織特異的破壊による生理機能変化の解析
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 215

東京工業大学生命理工学院 一瀬 宏

○ ミクログリア機能を反映する PET イメージングの開発
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 217

国立長寿医療研究センター 木村 泰之○ 脳バンク検体を用いた加齢に伴う脳組織のクローン再構成及び脳腫瘍発生に関する研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 219

京都大学大学院医学研究科 荒川 芳輝○ 神経組織特異的 Scrapper ノックアウトマウスの作出と神経変性に関する解析
関西学院大学 矢尾 育子

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 221○ 筋強直性ジストロフィーの中枢神経病態の解明
大阪大学医学系研究科 中森 雅之

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 223○ ジストロフィン結合タンパク質複合体の代謝回転に関する研究
国立精神・神経医療研究センター 今村 道博

・・・・・・・・・・・・・・・ 225○ 脳・神経回路におけるドーパミンの機能解析
大阪大学大学院医学系研究科 小山内 実

・・・・・・・・・・・・・・・・・ 227○ 後部視床下部において過眠症に関連する DNA メチル化部位の探索と各脳領域に特異的なメチル化プロファイルの探索
東京大学大学院医学系研究科 嶋多 美穂子

・・・・・・・・・・・・・・・・ 229○ TDP-43 細胞内局在スイッチ制御による筋萎縮性側索硬化症モデルの作成
北里大学医学部 佐藤 俊哉

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 232

国際共同研究○ Production of congenital nystagmus model mice and analysis of visual function
先天性眼球振盪モデルマウスの作出と視覚機能解析
オーフス大学 YONEHARA, Keisuke

・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・ 234○ Elucidating the role of autophagy in NF1-associated gliomas
NF-1 に合併するグリオーマ におけるオートファジーの役割解明
ジョンズ・ホプキンズ大学 RODRIGUEZ, Fausto J・・・・・・・・・・・・・・ 236○ Hydrodynamic Pathology of the Brain
脳水動態病理学
カリフォルニア大学デービス校 KWEE, Ingrid L.

・・・・・・・・・・・・・・・ 239○ The role of striatal direct and indirect pathways and dopamine D2 isoforms in the pathophysiologyof psychosis
精神疾患の病態生理における線条体の直接路と間接路および D2 ドーパミン受容体分子種の役割解明の研究
テキサス大学タイラー校 WANG, Yanyan

・・・・・・・・・・・・・・・・・ 241○ Investigation of pathogenesis of Alzheimer's disease using mouse models
マウスモデルを用いたインフラマソームを介したアルツハイマー病の病態生理の解明
マサチューセッツ州立メディカルスクール FUTAI, Kensuke

・・・・・・・・・ 243

１．組織図・研究所のデータ-1-

組織図（R3.3.31 現在）所長

基礎神経科学部門教授会

分子神経生物学分野
腫瘍病態学分野
細胞病態学分野
システム脳病態学分野

病態神経科学部門

病理学分野
分子病態学 ( 客員 ) 分野

臨床神経科学部門

脳神経外科学分野
脳神経内科学分野

統合脳機能研究センター

脳機能解析学分野
生体磁気共鳴学分野

生命科学リソース研究センター
バイオリソース研究部門

臨床機能脳神経学分野
遺伝子機能解析学分野
動物資源開発研究分野
モデル動物開発分野

脳科学リソース研究部門

脳疾患標本資源解析学分野
分子神経疾患資源解析学分野

脳病態解析分野
トランスレーショナル研究分野
庶務係

事務部
医歯学系脳研究所事務室

会計係
共同利用係

-2-

研究所のデータ
教職員数（常勤） （R3.3.31現在)

教職員数（非常勤）（R3.3.31現在）

その他
2人

その他
助手
3人
4人

教授
11人

事務職員
8人
技術職員
10人

事務職員
17人

准教授
16人

83人
助手
14人

57人

講師
1人

技術職員
33人

助教
21人

大学院生等の学生数

研究所予算（決算額）令和２年度

令和２年度

その他
11

修士・博士
前期課程
1人

科学研究
費補助金
206

社会人DC
4人

産学連携
等研究費
370

博士後期
課程
27人

物件費
355
寄附金
27

外部資金獲得状況（令和２年度）
分

人件費
237

1,206

32人

区

〔単位：百万円〕

件数

金額（千円）

科学研究費補助金

58

199,864

厚生労働科学研究費補助金

350,840

機能強化

3

175,983

地方公共団体・民間助成団体等の研究費

439,000

民間企業等との共同研究

1157,733

受託研究30

464,897

寄 附 金

39

25,623-3-

２．各分野の研究活動-4-分子神経生物学分野
Ⅰ

Ⅱ

研究組織（構成員

令和3年3月31日現在）

教授

那波

宏之

博士課程大学院生 甲斐

助教

難波

寿明

小林

特任助教

外山

英和

特任助教

稲葉

洋芳

竜太
雄太朗

研究活動

当分野に所属していた准教授・武井延之、助教・岩倉百合子、並びに特任助手・北山栄子が、年度初めに腫瘍病態学分野の設立とともに、この新設分野に移籍した。それに伴って、分子神経生物学分野の研究内容に修正が生じている。分子神経生物学分野では、今後、統合失調症に代表される精神疾患のモデル動物の作製と解析に重点を絞ることとなった。とくに、未熟な脳は炎症や虚血などの外部環境要因に脆弱で、これらの刺激により脳回路形成が障害されることが知られている。実際、未熟な神経細胞やグリア細胞は、炎症性サイトカインの受容体を有し、感染、炎症や虚血によって末梢に誘導される炎症性サイトカインに反応をする。多くの場合、この炎症性の反応は脱分化方向へ神経細胞やグリア細胞の形質を変化させてしまう。上皮成長因子などの炎症性サイトカインの末梢投与でモデル動物を作製し、その認知行動、脳神経細胞の形質、脳神経回路網を解析することで、よりよい精神疾患モデルの作製を目指している。今後、これらの研究結果が統合失調症、自閉症などの発達性脳疾患の解明に繋がるとともに、当該疾患の新薬開発のシーズとなることを期待している。
(1) 統合失調症の病因病態解明の為、上皮成長因子などの炎症性サイトカイン投与による動物モデ
ルを作成し、その行動、細胞、分子変化の分析を行っている。
(2) 統合失調症モデル動物の聴覚認知異常について脳波やユニット記録といった電気生理学的手法
その原因を探求している。
(3) 光遺伝学、薬理遺伝学の手法を用いドパミン神経系の活動操作を行い、ドパミンによる感覚・行動制御メカニズムを解析している。
なお、これらの研究テーマは本学脳研究所のシステム脳生理学分野、医学部の生理学第１・第２教室、京都大学霊長類研究所、岡崎・生理学研究所、名古屋大学環境医学研究所、東京農業大学、
京都大学大学院医学研究科、福島県立医科大学医学部など多くの研究機関と共同研究で実施されている。
Ⅲ

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）

1. Inaba H, Namba H, Sotoyama H, Narihara I, Jodo E, Yabe H, Eifuku S, Nawa H.
dependence of duration mismatch negativity recorded from awake rats.
2020 Mar;40(1):96-101. doi: 10.1002/npr2.12090.

-5-Sound frequency

Neuropsychopharmacol Rep.

2. Namba H, Nawa H.

Post-pubertal Difference in Nigral Dopaminergic Cells Firing in the Schizophrenia

Model Prepared by Perinatal Challenges of a Cytokine, EGF.

Neuroscience. 2020 Aug 10;441:22-32.

doi: 10.1016/j.neuroscience.2020.06.003.
3. Nagaoka A, Kunii Y, Hino M, Izumi R, Nagashima C, Takeshima A, Sainouchi M, Nawa H, Kakita A,
Yabe H.

ALDH4A1 expression levels are elevated in postmortem brains of patients with schizophrenia

and are associated with genetic variants in enzymes related to proline metabolism.

J Psychiatr Res. 2020

Apr;123:119-127. doi: 10.1016/j.jpsychires.2020.02.001.
4. Kobayashi Y, Inaba H, Iwakura Y, Namba H, Sotoyama H, Murata Y, Iwamoto K, Nawa H. Inter-breeder
differences in prepulse inhibition deficits of C57BL/6J mice in a maternal immune activation model.
Neuropsychopharmacol Rep. 2021 Sep;41(3):416-421. doi: 10.1002/npr2.12178.

Ⅳ

共同研究

(1) 研究題目：「GABA仮説に基づいた統合失調症モデルラットの病態解析」
研究内容：GABA合成酵素遺伝子のノックアウトラットの脳波測定を行い、オシレーションの異常性の有無を検出する。
参加機関：群馬大学 柳川 右千夫(2) 研究題目：「統合失調症モデル動物の脳波ダイナミック解析」
研究内容：統合失調症モデル動物の脳波信号を各種解析法で分析しヒトデータと比較することで、モデルの妥当性を検討する。
参加機関：岡崎生理学研究所 北城 圭一(3) 研究題目：「精神疾患発症の分子メカニズムの解明」
研究内容：炎症によるサイトカインストームと統合失調症の関連性を探求する。
参加機関：北海道大学遺伝子病制御研究所 村上 正晃(4) 研究題目：「霊長類をもちいた統合失調症モデル動物の作成」
研究内容：マーモセットを用いた統合失調症モデルの樹立を目指す。
参加機関：京都大学霊長類研究所 中村 克樹(5) 研究題目：「イムノトキシンを用いた精神疾患モデルの作製」
研究内容：統合失調症のネットワーク障害をラットを使ってイムノトキシン回路切断法で再現する。
参加機関：福島県立医科大学 小林 和人-6-腫瘍病態学分野
Ⅰ

Ⅱ

研究組織（構成員

令和3年3月31日現在）

准教授

武井 延之

助教

岩倉 百合子

特任助手

北山

栄子

研究活動

腫瘍病態学分野は令和2年度に新設され、実際稼働を始めたのは令和3年に入ってからとなる。分野としての研究課題は以下のようなものになる。
細胞は自律的な活動に加え、外部からの刺激をうけて機能を変容する。我々は脳の正常細胞（神経幹細胞、神経細胞、グリア細胞）や病態細胞（脳腫瘍細胞や病態モデル細胞）の培養系を用い、外部からの刺激（神経伝達物質、ペプチド、神経栄養因子、増殖因子、サイトカイン、栄養素、温度変化 など）によって起こる、
細胞内シグナル伝達系の変化や代謝変化という生化学的反応が、増殖や分化といった生物学的応答に変換される過程を研究している。ラット、マウスの初代培養神経細胞やグリア細胞やヒトiPS由来神経幹細胞とそこから分化させたヒト神経細胞を用い神経分化の研究を行う。
#神経栄養因子/増殖因子による分化、脱分化誘導機構。
#神経栄養因子、ガイダンス因子、神経伝達物質の相互作用による突起伸展制御とシナプス形成機構。
#神経栄養因子および栄養素シグナルのクロストークによるmTORシグナル系の解析。
また腫瘍細胞や人為的に遺伝子変異を導入した病態細胞を用い、正常細胞と病態細胞のシグナル系／代謝系の比較から、神経幹細胞の増殖／分化のスイッチ機構を解明し、脳形成異常における異常細胞形成の原因を探り、治療法の開発を目指している。
ドラッグリポジショニングの観点から抗精神病薬の抗腫瘍細胞の作用機序の解析の研究も行う。
Ⅲ

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）

1) Nakai H, Tsumagari R, Nakashima A, Kikkawa U, Ueda S, Yamanoue M, Saito N, Takei N, Shirai Y
mTORC1 is involved in DGK -induced neurite outgrowth and spinogenesis. Neurochem. Int. 2020
Mar;134:104645 doi: 10.1016/j.neuint.2019.104645
Ⅳ

共同研究(1) 研究題目：「2.5次元共培養系を用いたヒト神経細胞シナプス成熟法の開発」
研究内容：ヒトiPS由来神経幹細胞を用いて充分に分化・成熟したヒト神経細胞を作成し、シナプス機能評価の手法を標準化し、創薬／安全性に利用する。
参加機関：大阪医療センター、群馬大学、東京大学など(2) 研究題目：「脳腫瘍の原因遺伝子変異を特異的に抑制する siRNA 核酸医薬品開発」
研究内容：がんドライバー遺伝子として作用する遺伝子を選定し、変異型遺伝子を正常型遺伝子と区別して特異的に抑制できる siRNA の開発をおこなう。
参加機関：東京大学-7-

細胞病態学分野
Ⅰ

Ⅱ

研究組織（構成員

令和3年3月31日現在）

教授

三國

貴康

准教授

内ヶ島

助教

内田

研究員

劉

特任助手

岡本

友貴

技術補佐員

磯貝

麻莉

基政
仁司

歆儀

研究活動

ヒトや動物は、様々なことを学習し、脳で記憶している。このとき脳では何が起こっているのだ
ろうか？嫌いな勉強はなかなか覚えられず、覚えてもすぐに忘れてしまいがちである。一方で、好きな遊びの内容はすぐに覚えられ、ずっと覚えていられる。学習や記憶を可能にする脳の仕組み、記憶を長続きさせる仕組み、思い出す仕組み、忘れてしまう仕組みを、私たちは明らかにしたいと考えている。
また、最近は、発達障害に対する社会的関心が高まっている。発達障害の人とそうでない人との違いは、脳にあると考えられている。では、発達障害の人とそうでない人とで、脳の中の何が違うのだろうか？発達障害の症状につながる脳の仕組みを、私たちは明らかにしたいと考えている。
これまでに私たちは、生体脳内でのゲノム編集技術「SLENDR法」や「vSLENDR法」を開発し、脳での特定の内在性タンパク質の挙動を高精度にイメージングできるようにした (Cell 2016, Neuron2017)。これらの技術開発により、従来の方法では解決できなかった様々な脳神経科学の問題に挑めるようになっている。この「SLENDR法」「vSLENDR法」に加えて、現在研究室では、生体脳内で特定の分子・細胞・回路を選択的に標識し、行動中の動物において特定の分子・細胞・回路の動態をイメージングし、操作する技術を開発している。本研究室で開発した技術に加えて、２光子イメージング、ウイルスや電気パルスによる遺伝子導入、光遺伝学、パッチクランプ電気生理、分子生物学などの先端技術を駆使して、学習・記憶の「生理」と発達障害の「病態」を、分子・細胞・回路のマルチレベルで明らかにすることを目指している。
Ⅲ
1.

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）

Uchigashima M, Konno K, Demchak E, Cheung A, Watanabe T, Keener DG, Abe M, Le T, Sakimura K,
Sasaoka T, Uemura T, Imamura Kawasawa Y, Watanabe M, Futai K. Specific Neuroligin3-αNeurexin1
signaling regulates GABAergic synaptic function in mouse hippocampus. Elife. 2020 Dec 23;9:e59545.

2.

Fukabori R, Iguchi Y, Kato S, Takahashi K, Eifuku S, Tsuji S, Hazama A, Uchigashima M, Watanabe M,
Mizuma H, Cui Y, Onoe H, Hikishima K, Yasoshima Y, Osanai M, Inagaki R, Fukunaga K, Nishijo T,
Momiyama T, Benton R, Kobayashi K. Enhanced Retrieval of Taste Associative Memory by
Chemogenetic Activation of Locus Coeruleus Norepinephrine Neurons. J Neurosci. 2020 Oct
21;40(43):8367-8385.

3.

Uchigashima M, Leung M, Watanabe T, Cheung A, Le T, Pallat S, Dinis ALM, Watanabe M, Kawasawa
YI, Futai K. Neuroligin3 splice isoforms shape inhibitory synaptic function in the mouse hippocampus. J
Biol Chem. 2020 Jun 19;295(25):8589-8595.
-8-

Ⅳ

共同研究

（1） 研究題目「生体脳内での神経細胞内シグナルの時空間マッピング」

研究内容

細胞内シグナルプローブの開発と応用

参加機関

鹿児島大学、東京大学、山梨大学（2） 研究題目「発達期生体脳でのシナプス分子イメージング」

研究内容

シナプス分子のプローブの開発と応用

参加機関

熊本大学

（3） 研究題目「選択的翻訳解析技術による鬱症状の発現分子機序解明」

研究内容

神経活動依存的トランスレトーム技術の開発

参加機関

理化学研究所-9-

システム脳病態学分野
Ⅰ 研究組織（構成員 令和 3 年 3 月 31 日現在）
テニュアトラック教授

上野 将紀

テニュアトラック教授

田井中 一貴

特任助教

佐藤 時春

特任助教

井上 雅文

特任助手

中村 由香

研究支援者

保科 加奈

実験補助

榊 祐子

実験補助

本田 綾子

実験補助

野上 彩子

Ⅱ 研究活動本研究グループでは、脳疾患を神経回路システム障害として理解、解明するプロジェクトを展開している。
（研究１）血管障害や外傷など脳・脊髄の障害は、神経回路を破綻させ重篤な機能障害をもたらすが、神経は再生する能力にとぼしいため、機能を回復する根本的な治療法は未だ確立されていない。私たちはこれまで、障害後に残存した神経回路が接続様式を変えて再編する能力を有し、運動や自律神経の機能を変容させうることを見出してきた。本研究では、脳・脊髄障害のモデルマウスを用いて、神経回路の再編機序を理解し、その動態を制御することで、機能を回復へと導く方法を見出すことを目指している。本年度は、脊髄損傷モデルにおいて、運動回路の１つである皮質脊髄路の再生が、軸索伸長反発因子である Semaphorin のシグナルにより阻害される機序を解明し（Cereb Cortex, 2020）、また脳挫傷モデルにおいて、皮質脊髄路の再編と機能回復を促進するリハビリや分子機序の解明に貢献した（Cell Death Dis, 2020; Neurorehabil Neural Repair,2020）。本研究の成果から、障害後の神経回路の再建へ向け標的となりうる機序を見出した。今後さらに、中枢神経の障害後、精緻な神経回路網をどのように再建するか、回路網に起こる病態・回復の機序や方法論を見出していく。
（研究２）これまでヒト脳生検・剖検サンプルの組織診は、薄切した病理組織に対して各種特異染色や免疫組
織化学的染色などの 2D 染色画像の観察に基づいて行われてきた。広視野かつ高解像度にヒト脳病理組織の 3D
画像を簡便に取得できれば、バイオマーカーの定量的・包括的解析に基づく神経病理学的な診断基準の構築や、新たな病変形成メカニズムの解明が期待できる。私たちはこれまでに、マウスの組織を高度に透明化する手法
およびシート照明型蛍光顕微鏡を駆使した高速かつ高解像度の 3D イメージング技術 CUBIC を開発した(Cell(2014a), Cell (2014b))。本研究グループでは、脂質含量の豊富なヒト脳組織を高度に透明化する新規手法の開発と共に、種々のケミカルプローブや抗体を深部まで均一に浸透させる染色プロトコールの開発に取り組んでいる。本年度は特に、脱脂処理組織の物理化学的性質に基づくホールマウント免疫染色によるげっ歯類脳組
織の 3D-IHC 技術（Nat Commun, 2020）を確立した。今後は引き続き、大きなヒト脳病理組織検体に適用可能な
3D ホールマウント免疫染色技術や 3D in situ hybridization 技術の開発を通じて、新たな 3D 神経病理学の確立を目指す。

- 10 -

Ⅲ 論文（原著、総説、症例報告を区別しない）
1. Fujita Y, Nakanishi T, Ueno M, Itohara S, Yamashita T. Netrin-G1 regulates microglial accumulation along axons andsupports the survival of layer V neurons in the postnatal mouse brain. Cell Rep 31(4): 107580, 2020
2. Sada N, Fujita Y, Mizuta N, Ueno M, Furukawa T, Yamashita T. Inhibition of HDAC increases BDNF expression andpromotes neuronal rewiring and functional recovery after brain injury. Cell Death Dis 11: 655, 2020
3. Ueno M, Nakamura Y, Nakagawa H, Niehaus JK, Maezawa M, Gu Z, Kumanogoh A, Takebayashi H, Lu QR, Takada M,
Yoshida Y. Olig2-induced semaphorin expression drives corticospinal axon retraction after spinal cord injury. Cereb
Cortex 30(11): 5702-5716, 2020
4. Tanaka T, Ito T, Sumizono M, Ono M, Kato N, Honma S, Ueno M. Combinational approach of genetic SHP-1
suppression and voluntary exercise promotes corticospinal tract sprouting and motor recovery following brain injury.
Neurorehabil Neural Repair 34(6): 558-70, 2020
5. Nagoya T, Kamimura K, Inoue R, Ko M, Owaki T, Niwa Y, Sakai N, Setsu T, Sakamaki A, Yokoo T, Kamimura H,
Nakamura Y, Ueno M, Terai S. Ghrelin-insulin-like growth factor-1 axis is activated via autonomic neural circuits in the nonalcoholic fatty liver disease. Neurogastroenterol Motil 32(5): e13799, 2020
6. Sato T, Homma R, Nagayama S. Direct comparison of odor responses of homologous glomeruli in the medial and lateralmaps of the mouse olfactory bulb. eNeuro 0449-19, 2020
7. 上野将紀．中枢神経障害による神経回路の再編と機能回復．新潟医学会雑誌．134(1):7-12, 2020
8. 上野将紀．随意運動をになう神経回路の再建 〜基礎研究の現状と課題〜．新潟県医師会報．842:2-7,
2020
9. Susaki EA, Shimizu C, Kuno A, Tainaka K, Li X, Nishi K, Morishima K, Ono H, Ode KL, Saeki Y, Miyamichi K, Isa K,
Yokoyama C, Kitaura H, Ikemura M, Ushiku T, Shimizu Y, Saito T, Saido TC, Fukayama M, Onoe H, Touhara K, Isa T,
Kakita A, Shibayama M, Ueda HR. Versatile whole-organ/body staining and imaging based on electrolyte-gel properties of
biological tissues. Nat Commun. 2020, 11(1):1982.
10. Saito N, Tainaka K, Macpherson T, Hikida T, Yamaguchi S, Sasaoka T. Neurotransmission through dopamine D1
receptors is required for aversive memory formation and Arc activation in the cerebral cortex. Neurosci Res. 2020, 156:58-65.
11. Kubota SI, Takahashi K, Mano T, Matsumoto K, Katsumata T, Shi S, Tainaka K, Ueda HR, Ehata S, Miyazono K.
Whole-organ analysis of TGF-β-mediated remodelling of the tumour microenvironment by tissue clearing. Commun Biol.
2021, 4(1):294.
12. Yamaguchi M, Yoshihara K, Suda K, Nakaoka H, Yachida N, Ueda H, Sugino K, Mori Y, Yamawaki K, Tamura R,
Ishiguro T, Motoyama T, Watanabe Y, Okuda S, Tainaka K, Enomoto T. Three-dimensional understanding of themorphological complexity of the human uterine endometrium. iScience. 2021, 24(4):102258.
- 11 -

Ⅳ 共同研究(1) 研究題目：「皮質脊髄路の再生メカニズムの解明」
研究内容： 皮質脊髄路の神経軸索の再生を誘導するメカニズムを解明する。
参加機関： Burke Neurological Institute 吉田 富
(2) 研究題目：「ラット全脳神経活動マッピング技術の開発」
研究内容： ラットの全脳における神経活動の履歴の包括的な解析技術を開発する。
参加機関： Dandrite, Aarhus University 竹内倫徳

- 12 -

病理学分野
脳疾患標本資源解析学分野（生命科学リソース研究センター）
Ⅰ

研究組織（構成員

Ⅰ‐１

令和3年3月31日現在）

病理学分野
教

授

柿田

明美

准教授

清水

特任准教授
特任助教

技術職員

丹田

智恵子

宏

濁川

慎吾

北浦

弘樹

高崎

順子

田中

英智

田中

優子

事務職員
大学院博士課程

長谷部

美和

吉田

真理子

笠原

香織

齊ノ内

信

Ramil Gabdulkhaev
温城太郎（脳神経外科）Ⅰ‐２

脳疾患標本資源解析学分野（生命科学リソース研究センター）
教

Ⅱ

授（兼）柿田

明美

准教授

他田

真理

助

齋藤

理恵

教

研究活動

病理学分野と脳疾患標本資源解析学分野は、神経・精神疾患の剖検例を対象とした臨床病理、および脳腫瘍やてんかん原性脳病巣等の手術・生検例を対象とした外科病理を行なっており、また脳神経疾患の病態形成機序を明らかにする研究を進めている。
Ⅲ

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）

1. Shirozu H, Hashizume A, Masuda H, Kakita A, Otsubo H, Kameyama S. Surgical strategy for focal
cortical dysplasia based on the analysis of the spike onset and peak zones on magnetoencephalography. J
Neurosurg 2020; 133 (6): 1850-1862. doi: 10.3171/2019.6.JNS191058.
2. 柿田明美. てんかん原性の病理.
わる医師のための基礎知識－.

てんかん専門医ガイドブック
編集: 日本てんかん学会.

改訂第２版－てんかんにかか診断と治療者,

東京.

2020年, pp.

26-29(total 433p).
3. Kazama M, Kato Y, Kakita A, Noguchi N, Urano Y, Masui K, Niida-Kawaguchi M, Yamamoto T, Watabe
K, Kitagawa K, Shibata N. Astrocytes release glutamate via cysteine/glutamate antiporter upregulated in
response to increased oxidative stress related to sporadic amyotrophic lateral sclerosis. Neuropathology
2020; 40 (6): 587-598. doi: 10.1111/neup.12716.
4. Watabe K, Kato Y, Sakuma M, Murata M, Niida-Kawaguchi M, Takemura T, Hanagata N, Tada M, Kakita- 13 -

A, Shibata N. Prajal RING-finger E3 ubiquitin ligase suppresses neuronal cytoplasmic TDP-43 aggregate
formation. Neuropathology 2020; 40(6): 570-586. DOI:10.1111/neup.12694.
5. 豊島靖子、柿田明美.
第7版.
一.

神経系（2）変性・炎症.

カラーアトラス病理組織の見方と鑑別診断.

赤城忠厚、松原修、真鍋俊明、(編集)(監修)

医歯薬出版,

東京.

吉野正、小田義直、坂元亨宇、森井英

pp. 507-539 (total 740 pages).

6. Furukawa A, Kakita A, Chiba Y, Kameyama S, Shimada A. Proteomic profile differentiating between
mesial temporal lobe epilepsy with and without hippocampal sclerosis. Epilepsy Res 2020; 168: 106502.
doi: 10.1016/j.eplespsyres.2020.106502.
7. Komatsu H, Takeuchi H, Kikuchi T, Ono C, Yu Z, Iizuka K, Takano Y, Kakuto Y, Funakoshi S, Ono T, Ito
J, Kunii Y, Hino M, Nagaoka A, Iwasaki Y, Yamamori H, Yasuda Y, Fujimoto M, Azechi H, Kudo N,
Hashimoto R, Yabe H, Yoshida M, Saito Y, Kakita A, Fuse N, Kawashima R, Taki Y, Tomita H. Ethnicitydependent effects of schizophrenia risk variants of the OLIG2 gene on OLIG2 transcription and whitematter integrity. Schizophr Bull 2020; 46 (6): 1619-1628. doi: 10.1093/schbul/sbaa049.
8. 坂本峰至、柿田明美、中村政明. メチル水銀. In 脳の発生とその異常. Clin Neurosci 2020; 38(12): 1594-1597.
9. Igarashi H, Ueki S, Kitaura H, Kera T, Ohno K, Ohkubo M, Terumitsu-Tsujita M, Kakita A, Kwee IL.
Longitudinal change in gluCEST MRI and their relationship to cerebral blood flow in a 5xFAD mouse.
Contrast Medial Mol Imaging 2020; 8831936. doi.org/10.1155/2020/8831936.
10. Kametani F, Yoshida M, Matsubara T, Murayama S, Saito Y, Kawakami I, Onaya M, Tanaka H, Kakita
A, Robinson AC, Mann DMA, Hasegawa M. Comparison of common and disease-specific posttranslational

modificationsof pathologicaltau.

Frontier Neurosci 2020; 14: 581936.

doi:

10.3389/fnins.2020.581936.
11. Prudencio M, Garcia-Moreno H, Jansen-West KR, Al-Shaikh RH, Gendron TF, Heckman MG, Spiegel
MR, Carlomagno Y, Daughrity LM, Song Y, Dunmore JA, Byron N, Oskarsson B, Nicholson KA, Staff
NP, Gorcenco S, Puschmann A, Lemos J, Januário C, LeDoux MS, Friedman JH, Polke J, Labrum R,
Shakkottai V, McLoughlin HS, Paulson HL, Kanno T, Onodera O, Ikeuchi T, Tada M, Kakita A, Fryer JD,
Karremo C, Gomes I, Carviness JN, Pitterlkow MR, Aasly J, Pfeiffer RF, Veerappan V, Eggenberger ER,
Freeman WD, Huang JF, Uitti RJ, Wierenga KJ, Marin Collazo IV, Tipton PW, van Gerpen JA, vanBlitterswijk M, Bu G, Wszolec ZK, Giunti P, Petrucelli L. Towards allele-specific targeting therapy andpharmacodynamics biomarker for spinocerebellar ataxia 3. Science Transl Med 2020; 12 (566):
eabb7086.doi: 10.1126/scitranslmed.abb7086.
12. 齊ノ内 信、Gabdulkhaev Ramil、小野寺 理、柿田明美. 良性成人型家族性ミオクローヌスてんかんの神経病理. 脳神経内科 2020; 93 (3): 305-309.
13. Kasahara T, Imamura M, Shin C, Shimizu H, Utsumi J, Hosokai R, Iwabuchi H, Takachi T, Kakita A,
Kanegane H, Saitoh A, Imai C. Fatal progressive meningoencephalitis diagnosed in two members of afamilywith

X-linkedagammaglobulinemia.

10.3389/fped.2020.00579.
- 14 -

Frontiers

Pediatrics

2020;

8:

579.

doi:

14. Sakamoto M, Kakita A, Sakai K, Yamamoto M, Nakamura M. Cerebral neuronal degeneration anddeclined selenoenzyme activity associated with methylmercury-induced neurobehavioral deficits indeveloping rats. Environ Res 2020; 188: 109776. doi: 10.1016/j.envres.2020.109776.
15. Saito R, Hara N, Tada M, Honma Y, Miyashita A, Onodera O, Ikeuchi T, Kakita A. Novel CHP1 mutation
in autosomal-recessive cerebellar ataxia: autopsy features of two siblings. Acta Neuropathol Commum
2020;8 (1): 134. doi. 10.1186/s40478-020-01008-2.
16. Takahashi M, Uchihara T, Yoshida M, Wakabayashi K, Kakita A, Takahashi H, Toru S, Kobayashi T,
Orimo S. Clinicaland pathological features affecting sympathyetic denervation in autopsy-confirmed
dementia with Lewy bodies. Eur J Neurol 2020; 27 (7): 1155-1163. doi: 10.1111/ene.14240.
17. Terumitsu –Tsujita M, Kitaura H, Miura I, Kiyama Y, Goto F, Muraki Y, Ominato S, hara N, Simankova A,
Bizen N, Kashiwagi K, Itoh T, Toyoshima Y, Kakita A, Manabe T, Wakana S, Takebayashi H, Igarashi H.
Glial pathology in a novel spontaneous mutant mouse of the Eif2b5 gene: a vanishing white matter
disease model. J Neurochem 2020; 154 (1): 25-40. doi: 10.1111/jnc.14887.
18. Kurita H, Yabe S, Ueda T, Inden M, Kakita A, Hozumi I. MicorRNA-5572 is a novel microRNA
regulating SLC30A3 in sporadic amyotrophic lateral sclerosis. Int J Med Sci 2020; 21 (12): E4482. doi:
10.3390/ijms21124482.
19. Muta H, Sugita Y, Furuta T, Ohshima K, kensaku S, Morioka M, Abe H, Fujii Y, Kakita A. Expression of
the Ghrelin/ GHS-R axis and its functional role in promoting tumor growth in primary CNS lymphomas.
Neuropathology 2020; 40 (3): 232-239. doi:10.1111/neup.12634.
20. Saito R, Shimizu H, Miura T, Hara N, Miyashita A, Kawachi I, Sanpei K, Honma Y, Onodera O, Ikeuchi
T, Kakita A. Oculopharyngodistal myopathy with coexisting histology of systemic neuronal intranuclear
inclusion disease: clinicopathologic features of an autopsied patient harboring CGG repeat expansions in
LRP12. Acta Neuropathol Commun 2020; 8: 75. doi: 10.1186/s40478-020-00945-2.
21. Tanaka H, Toyoshima Y, Kawakatsu S, Ikeuchi T, Onodera O, Kakita A, Takahashi H. Morphologicalcharacterizeation of glial and neuronal tau pathology in globular glial tauopathy (types II and III).
Neuropathol Appl Neurobiol 2020; 46 (4): 344-358. doi: 10.1111/nan.12581.
22. Susaki EA, Shimizu C, Kuno A, Tainaka K, Li X, Nishi K, Morishima K, Ono H, Oda KL, Saeki Y,
Miyamichi K, Isa K, Yokoyama C, Kitaura H, Ikemura M, Ushiku T, Shimizu Y, Saito T, Saido TC,
Fukayama M, Onoe H, Touhara K, Isa T, Kakita A, Shibayama M, Ueda HR. Versatile whole-organ/bodystaining and imaging based on electrolyte-gel properties of biological tissues. Nat Commun 2020; 11:
1982. doi: 10.1038/s41467-020-15906-5.
23. 岡本浩一郎、高橋陽彦、鈴木倫明、小野寺理、柿田明美、阿部博史. 脳神経領域のまれな感染症：画像診断のポイント. まれな感染症の画像診断. 臨床放射線 2020; 65 (4): 317-324.
24. 田中英智、柿田明美．Globular glial tauopathy. Annual Review神経 2020．鈴木則宏、荒木信夫、
宇川義一、桑原聡、塩川芳昭（編集）. 中外医学社、2020年4月15日. pp. 16-22 (total 367 pages).
25. Niida-Kawaguchi M, Kakita A, Noguchi N, Kazama M, Masui K, Kato Y, Yamamoto T, Sawada T,- 15 -

Kitagawa K, Watabe K, Shibata N. Soluble iron accumulation induces microglial glutamate release in the
spinal cord of sporadic amyotrophic lateral sclerosis. Neuropathology 2020; 40 (2): 152-166. doi:
10.1111/neup.12632.
26. 齋 藤 祥 二 、 柿 田 明 美 . 中 枢 神 経 原 発 メ ラ ノ サ イ ト 腫 瘍 . 臨 床 医 の た め の 神 経 病 理 再 入 門 .
Clinical Neuroscience 2020; 38 (4): 404-406.
27. Nagaoka A, Kunii Y, Hino M, Izumi R, Nagashima C, Takeshima A, Sainouchi M, Nawa H, Kakita A,
Yabe H . ALDH4A1 expression levels are elevated in postmortem brains of patients with schizophrenia
and are associated with genetic variants in enzymes related to proline metabolism. JPscychiatr Res 2020;
123: 119-127. doi. 10.1016/j.jpsychires.2020.02.001.
28. 畠野雄也、須貝章弘、山岸拓磨、中島章博、柿田明美、小野寺理. 出血性病変が検出されずに広範な脳病変に至ったアミロイドβ関連血管炎の１例. 臨床神経 2020; 60 (3): 187-192．doi:
10.5692/clinicalneurol.cn-001340.
29. Ito J, Shimizu H, Ohta K, Idezuka J, Tanaka H, Kondo H, Nakajima T, Takahashi H, Onodera O, Kakita A.
ALS with pallido-nigro-Luysian degeneration: a clinicpathological study. Ann Neurol 2020; 87 (2): 302312. doi: 10.1002/ana.25652.
30. Noda Y, Tanaka M, Nakamura S, Ito J, Kakita A, Hara H, Shimazawa M. Identification of VGF nerve
growth factor inducible-producing cells in human spinal cords and expression change in patients withamyotrophic lateral sclerosis. Int J Med Sci 2020; 17 (4): 480-489. doi: 10.7150/ijms.39101.
31. Suzuki Y, Nakamura Y, Yamada K, Kitaura H, Kakita A, Huber VJ, Capozzoli N, Kwee IL, Nakada T.
Skull diploë is rich in aquaporin-4. Heliyon 2020; 6 (1): e03259. doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e03259.
32. Zhou Y, Song WM, Andhey PS, Swain A, Levy T, Miller KR, Poliani PL, Cominelli M, Grover S,
Gilfillan S, Cella M, Ulland TK, Zaitsev K, Miyashita A, Ikeuchi T, Sainouchi M, Kakita A, Bennett DA,
Schneider JA, Nichols MR, Beausoleil SA, Ulrich J, Holtzman DM, Artyomov M, Colonna M. Humanand mouse single-nucleus transcriptomics reveal TREM2-dependent and -independent cellular responses
in Alzheimer’s disease. Nat Med 2020; 26 (1): 131-142. doi: 10.1038/s41591-019-0695-9.
33. Abe H, Natsumeda M, Tsukamoto Y, Okada M, Kobayashi D, Sou E, Kanemaru Y, Watanabe J, Shibuma
S, Nishino K, Yoshimura J, Oishi M, Hashizume Y, Kakita A, Fujii Y. MGMT expression contributes totemozolomide resistance in H3K27M-mutant diffuse midline gliomas. Front Oncol 2020; 9: 1568. doi:
10.3389/fonc.2019.01568.
34. Shimada M, Miyagawa T, Takeshima A, Kakita A, Toyoda H, Niizato K, Oshima K, Tokunaga K, Honda
M. Epigenome-wide association study of narcolepsy-affected lateral hypothalamic brain and overlapping
DNA methylation profiles between narcolepsy and multiple sclerosis. Sleep 2020; 43 (1): 1-13. doi:
10.1093/sleep/zsz198.
35. Arao Y, Kamimura K, Ikemi M, Hayashi K, Takaki M, Takahashi S, Seino S, Abe H, Tsuboguchi S, Otsu
Y, Sanpei K, Kohisa J, Kondo S, Tani Y, Ito J, Toyoshima Y, Kakita A, Ajioka Y, Terai S. Rare brain
metastasis from a pancreastobiliary subtype of intraductal papillary mucinous neoplasm. Pancreas 2020;- 16 -

49 (1): e8-e11. doi: 10.1097/MPA.0000000000001450.

Ⅳ

共同研究

病理学分野・脳疾患標本資源解析学分野は、当研究所が進めている文部科学省認定事業：共同利用・共同研究拠点「脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点」の中核分野として、ヒト脳科学に関するプロジェクト型および連携資源利用型の国内（国外）共同研究を推進している。
(1) 研究題目
研究内容「神経変性疾患に関する神経病理学的研究」
神経変性疾患、とくにアルツハイマー病や進行性核上性麻痺などのタウオパ
チー、多系統萎縮症やパーキンソン病などのシヌクレイノパチー、あるいは筋萎縮性側索硬化症(TDP-43プロテイノパチー)の臨床病理や病因に関する共同研究を行なっている。

参加機関

弘前大学、東京大学、岐阜薬科大学、杏林大学、東京都医学研、
信州大学、東京女子医科大学、愛知医科大学、京都大学(2) 研究題目
研究内容

他「難治てんかん原性病巣に関する外科病理標本の解析」
難治てんかん原性病巣の病態形成機序の解明を目的に、各種病態（限局性皮質異形成、結節性硬化症など）の切除脳組織を用いた病理組織学的、生化学
的、生理学的解析を進めている。

参加機関

国立病院機構西新潟中央病院、京都大学、東京医科歯科大学、
広島大学、昭和大学(3) 研究題目
研究内容

他「精神神経疾患の分子病理学的解析」
精神神経疾患の剖検脳を対象とした臨床病理、及び分子病理学的病態解析のための凍結脳標本資源を提供することで、精神神経疾患、とくに統合失調症の病態形成機序の解析を進めている。

参加機関

福島県立医科大学、理化学研究所、東北大学- 17 -

他

分子病態学（客員）分野
Ⅰ

研究組織（構成員

令和3年3月31日現在）

教

若林

授（併）

准教授（併）
Ⅱ

森

孝一
文秋

研究活動

当分野では、神経難病の病態解明を目標に、病理形態学、分子生物学、病態生化学などの手法を用い研究を進めている。神経変性疾患の多くはタンパク質蓄積病であることから、「タンパク質の結合・修飾・分解」の観点からアプローチを行っている。さらに、「封入体形成」や「神経細胞死」だけでなく、神経症状の発現に重要な部位として「シナプス」の変化にも焦点を当てている。
現在の研究テーマは、１）神経変性疾患における封入体形成と神経変性メカニズム、２）細胞内分解系の活性化による蓄積物質の除去、３）遺伝子改変モデル動物を用いた病態解析である。特に、シヌクレイノパチー（パーキンソン病、レビー小体型認知症、多系統萎縮症）や筋萎縮性側索硬化症、ポリグルタミン病の剖検脳組織を用いた研究を病理学分野や脳疾患標本資源解析学分野と共同で進めている。
Ⅲ

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）

1.

Kon T, Nagawa D, Nakata M, Abe N, Haga T, Kijima H, Tomiyama M, Wakabayashi K. Cerebral ringhemorrhages and a massive hematoma in a patient with infectious endocarditis. Neuropathology 2020;40(5): 526-527.

2.

Nishijima H, Mori F, Arai A, Zhu G, Wakabayashi K, Okada M, Ueno S, Ichinohe N, Suzuki S, Kon T,
Tomiyama M. GABA storage and release in the medial globus pallidus in L-DOPA-induced
dyskinesia priming. Neurobiol Dis 2020; 143: 104979.

3.

若林孝一. パーキンソン病の病理学. Clinical Neuroscience 2020; 38(7): 819-822.

4.

Wakabayashi K. Where and how alpha-synuclein pathology spreads in Parkinson’s disease?
Neuropathology 2020; 40(5): 415-425.

5.

Takahashi M, Uchihara T, Yoshida M, Wakabayashi K, Kakita A, Takahashi H, Toru S, Kobayashi T,
Orimo S. Clinical and pathological features affecting cardiac sympathetic denervation in autopsyconfirmed dementia with Lewy bodies. Eur J Neurol 2020; 27(7): 1155-1163.

6.

Nakamura T, Kon T, Kawarabayashi T, Wakabayashi K, Ikeda Y, Shoji M. An autopsy case of
primary lateral sclerosis with Alzheimer’s disease. J Neurol Sci 2020; 412: 116792.

7.

Yamazaki H, Kasai S, Mimura J, Ye P, Inose-Maruyama A, Tanji K, Wakabayashi K, Mizuno S,
Sugiyama F, Takahashi S, Sato T, Ozaki T, Cavener DR, Yamamoto M, Itoh K. Ribosome binding
protein GCN1 regulates the cell cycle and cell proliferation and is essential for the embryonicdevelopment of mice. PLoS Genet 2020; 16(4): e1008693.

8.

Kon T, Tomiyama M, Wakabayashi K. Neuropathology of Lewy body disease: clinicopathologicalcrosstalk between typical and atypical cases. Neuropathology 2020; 40(1): 30-39.

Ⅳ

共同研究

(1) 研究題目

細胞内分解機構に着目したシヌクレイノパチーの分子病態解明と治療法開発

研究内容

神経変性疾患、特にレビー小体病や多系統萎縮症におけるオートファジーの- 18 -

異常について、剖検脳組織やモデル動物を用い研究を進めている。
参加機関

弘前大学医学研究科脳神経血管病態研究施設脳神経病理学講座、同

高度先進医学研究センター、理化学研究所、がん研究会、新潟大学脳研究所病理学分野、
同

脳疾患標本資源解析学分野- 19 -

脳神経外科学分野
Ⅰ

研究組織

（構成員

令和3年3月31日現在）

教授

藤井 幸彦

准教授

大石 誠

助教

平石 哲也

助教

棗田 学

博士課程大学院生

本橋 邦夫、三橋 大樹、温城太郎、斎藤 祥二、安藤和弘、
澁谷航平、高橋陽彦、伊藤 陽祐

修士課程大学院生
Ⅱ

高橋和幹

研究活動
新潟大学脳研究所脳神経外科学分野は、「我が国の脳神経外科の父」と称される中田瑞穂先生

が、日本で最初の脳神経外科独立講座として1953年に開設され、これまで脳腫瘍、脳血管障害、
頭部外傷、機能外科といった分野の診療・研究において日本をリードしてきた。臨床で生じた疑問から基礎研究が生まれ、また臨床にフィードバックすることこそ、中田瑞穂先生が脳研究所設
立当初に立てられた構想そのものであり、私たちはそれを継承し、研究結果を世界に向けて発信してゆく使命があり、教室員一同新たな挑戦を続けている。
(1) 基礎研究（共同研究含む）
・ 7T-MRIおよび3次元組織透明化技術を駆使した悪性神経膠腫の微小環境の可視化
・ 脳腫瘍培養細胞株・マウスモデルを用いたプレシジョンメディシン確立の試み
・ 悪性髄膜腫における標的可能遺伝子変異の同定と新規治療法確立
・ ヒト脳腫瘍からの安定脳腫瘍幹細胞株の樹立と新規治療薬の探索への基礎研究
・ 再発膠芽腫の新規治療法：EUrd-CED法のラット脳幹部腫瘍モデルでの研究
・ ポドプラニンを標的とした悪性脳腫瘍への近赤外線光線免疫療法（NIR-PIT）確立の研究
・ 膠芽腫における神経成長因子関連タンパク質-43kDa (GAP-43) のリン酸化の解析
・ びまん性内在性橋神経膠腫 (DIPG)に対するACVR1変異を標的とした新規治療
・ 小児DIPGに対するDNA障害型抗がん剤感受性因子のDNAヘリケースの発現解析
・ 髄芽腫におけるGli3の役割の解明と新しい治療戦略
・ 膠芽腫に対する代謝リプログラミングおよびmTORを標的とした効果的薬物療法の確立
・ イソプレノイド化合物 (Ambrein)の脳腫瘍への抗腫瘍効果の探索
・ Boron neutron capture therapy (BNCT)が播種・浸潤に及ぼす効果の検討
・ 神経組織内因性蛍光反応を基盤とした大脳皮質活動領域の術中直接可視法の確立
・ てんかんにおけるIMPDH1/2発現解析
・ 霊長類神経成長マーカー開発と神経再生機序解析
・ 脳血管障害における遺伝子変異の意義解明と培養細胞実験系の確立
・ 脳動静脈奇形における体細胞変異の意義の解明
・ 頚部内頚動脈狭窄症におけるプラーク破綻同定のバイオマーカー開発
・ 脳血管シリコンモデルを用いた術前シミュレーションシステムの構築(2) 臨床研究（共同研究含む）
・ MRスペクトロスコピーを用いたIDH変異グリオーマ解析- 20 -

・ 髄芽腫：3T-MRSでのglutamine、 2HG検出による遺伝子型・予後予測
・ 超高磁場7T-MRIによる神経膠腫の局在診断と病理組織分類について
・ 7Ｔ-MRIを用いた脳腫瘍の局在診断、てんかんの焦点診断確立の試み
・ MRI陰性てんかん症例での多角的術前検査によるてんかん焦点の可視化
・ 神経組織活動の内因性蛍光反応を応用したヒト大脳皮質活動領域の術中可視法の確立
・ てんかん焦点同定のための高精度術前評価法の開発-高密度脳波での高周波律動の解析・ フラボプロテイン自家蛍光反応を用いた新たな神経活動イメージングの確立への臨床研究
・ 脳神経外科手術における３次元融合画像を用いた手術支援に関する研究
・ フローダイバーターの有効性と安全性に関する全国悉皆調査
・ 脳卒中の医療体制の整備のための研究
J-ASPECT study (Nationwide survey of Acute Stroke care capacity for Proper designation of Comprehensive
stroke center in Japan)
・ 硬膜動静脈瘻に対する Onyx 液体塞栓システムを用いた経動脈的塞栓術に関する多施設共同登録研究（Onyx dAVF TAE Registry）
・ 日本国内の脳神経血管内治療に関する登録研究４（Japanese Registry of Neuroendovascular Therapy 4: JRNET 4）
・ Vertebrobasilar dolicoectasia（VBD）の自然歴および外科的治療の成績に関する多施設共同登録研究（VBD Registry）
・ 急性期虚血性脳卒中に対する機械的血栓回収療法の効果と安全性に関する多施設共同登録研究・ 特定非営利活動方針

日本脳神経血管内治療学会データベースを用いた観察研究

Japanese

Society of Neuroendovascular Therapy Data Base (JSNET-DB) −Pipeline Flex フローダイバーター
システム−Pipeline Flex PREMIER
・ FRED を用いた脳動脈瘤に対するフローダイバーター留置術の市販後初期経験に関する多施設共同登録研究
Multi center registry of flow diverter treatment for intracranial aneurysms using FRED, initial post
market surveillance in Japan (JAPAN FRED PMS)
・ 急性脳主幹動脈閉塞に対する血栓回収療法の普及プロジェクト
・ Carotid artery stenting (CAS)長期成績に関する多施設共同研究・ 脳卒中の急性期診療提供体制の変革に係る実態把握及び有効性等の検証のための研究
・ 動脈硬化性の急性頭蓋内主幹動脈閉塞に対する血管内治療に関する後ろ向き登録研究・ Spinal extradural arteriovenous fistula の分類と各疾患群における臨床症状、血管構築、治療成績の検討：全国調査
・ 覚醒下手術における悪心・嘔吐に対するオンダンセトロンの有用性
・ 新潟大学関連施設の神経膠腫に対する観察登録研究・ 初発退形成性神経膠腫に対する術後塩酸ニムスチン（ACNU）化学放射線療法先行再発時テモゾロミド化学療法をテモゾロミド化学放射線療法と比較するランダム化第III相試験
・ JCOG1303：手術後残存腫瘍のあるWHO Grade II星細胞腫に対する放射線単独治療とテモゾロミド併用放射線治療を比較するランダム化第II相試験
・ 初発膠芽腫に対する可及的摘出術＋カルムスチン脳内留置用剤留置＋テモゾロミド併用化学放射線療法と可及的摘出術＋テモゾロミド併用化学療法のランダム化第III相試験
・ 初発治療後に再発又は増悪した膠芽腫患者を対象としたDSP-7888投与エマルションとベバシズマブ併用対ベバシズマブ単独の多施設共同ランダム化第2相試験
・ 原発性悪性脳腫瘍患者に対する標準治療成績を調査するコホート研究
・ NF-kB 活性化を標的とした中枢神経原発悪性リンパ腫治療法の開発に向けた多施設共同研究- 21 -

・ JCOG1910：高齢者初発膠芽腫に対するテモゾロミド併用寡分割放射線治療に関するランダ
ム化比較第 III 相試験
・ 脳神経外科周術期深部静脈血栓症の基礎臨床研究
・ グリオーマ術後患者頚部内頚動脈狭窄症におけるポドプラニン/CLEC-2発現解析
・ 膠芽腫病勢診断マーカーの開発（AMED）
・ BRAF V600E 変異を有する脳腫瘍の臨床病理学的検討
・ 脳腫瘍における SLFN11 発現および DNA 障害型抗がん剤への感受性の検討
・ 脳腫瘍における体液（血液、尿、髄液）を利用した液体診断
・ 海馬硬化症のてんかん原性機構におけるGAP-43のリン酸化解析
・ 臨床手術（脳神経外科、耳鼻咽喉科、整形外科）に関する解剖知識と手術技能の習熟を目的とした遺体解剖実習
・ CFD (Computational fluid dynamics)を用いた脳動脈瘤の破裂や術後再発に関する血流解析
Ⅲ

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）
1. Igarashi, M., Kawasaki, A., Ishikawa, Y., Honda, A., Okada, M., & Okuda, S. (2020).
Phosphoproteomic and bioinformatic methods for analyzing signaling in vertebrate axon growth andregeneration.

Journalofneuroscience

methods,

339,

108723.

https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2020.108723
2. Imamura, H., Sakai, N., Matsumoto, Y., Yamagami, H., Terada, T., Fujinaka, T., Yoshimura, S., Sugiu,
K., Ishii, A., Matsumaru, Y., Izumi, T., Oishi, H., Higashi, T., Iihara, K., Kuwayama, N., Ito, Y.,
Nakamura, M., Hyodo, A., & Ogasawara, K. (2021). Clinical trial of carotid artery stenting using
dual-layer CASPER stent for carotid endarterectomy in patients at high and normal risk in theJapanese

population.

Journalofneurointerventional

surgery,13(6),

524–529.

https://doi.org/10.1136/neurintsurg-2020-016250
3. Kanamori M, Takami H, Suzuki T, Tominaga T, Kurihara J, Tanaka S, Hatazaki S, Nagane M,
Matsuda M, Yoshino A, Natsumeda M, Yamaoka M, Kagawa N, Akiyama Y, Fukai J, Negoto T,
Shibahara I, Tanaka K, Inoue A, Mase M, Tomita T, Kuga D, Kijima N, Fukami T, Nakahara Y,
Natsume A, Yoshimoto K, Keino D, Tokuyama T, Asano K, Ujifuku K, Abe H, Nakada M, Matsuda
KI, Arakawa Y, Ikeda N, Narita Y, Shinojima N, Kambe A, Nonaka M, Izumoto S, Kawanishi Y,
Kanaya K, Nomura S, Nakajima K, Yamamoto S, Terashima K, Ichimura K, & Nishikawa R.
Necessity for craniospinal irradiation of germinoma with positive cytology without spinal lesion on
MR imaging- a controversy. (2021.) Neurooncology Advances, 3(1):vdab086.
4. Kanai, T., Kondo, N., Okada, M., Sano, H., Okumura, G., Kijima, Y., Ogose, A., Kawashima, H., &Endo, N. (2020). The JNK pathway represents a novel target in the treatment of rheumatoid arthritis
through the suppression of MMP-3. Journal of orthopaedic surgery and research, 15(1), 87.
https://doi.org/10.1186/s13018-020-01595-9
5. Klionsky, DJ., Natsumeda, M., 2922 other authors. Guidelines for the use and interpretation of assays
for monitoring autophagy (4th edition). Autophagy 17(1), 1-382, 2021
6. Natsumeda, M., Miyahara, H., Yoshimura, J., Nakata, S., Nozawa, T., Ito, J., Kanemaru, Y., Watanabe,J., Tsukamoto, Y., Okada, M., Oishi, M., Hirato, J., Wataya, T., Ahsan, S., Tateishi, K., Yamamoto, T.,
Rodriguez, F. J., Takahashi, H., Hovestadt, V., Suva, M. L., … Kakita, A. (2021). GLI3 Is AssociatedWith Neuronal Differentiation in SHH-Activated and WNT-Activated Medulloblastoma. Journal ofneuropathology and experimental neurology, 80(2), 129–136. https://doi.org/10.1093/jnen/nlaa141
7. Nozawa, T., Okamoto K., Nakazato S., Motohashi, K., Suzuki, T., Morita, K., Tashi, H., Watanabe, K.,- 22 -

Hasegawa, H., Watanabe, M., Kawashima H., & Fujii, Y. (2021). Repeated cerebellar infarction in theaffected non-dominant vertebral arterycdistribution with reversible vertebral artery occlusion elicitedby head tilt: Illustrative case, Journal of Neurosurgery Case Lessons, 1(8).
8. Ogura, R., Hasegawa, H., Kumagai, S., Takahashi, H., Fujiwara, H., Yoshimura, J., & Fujii, Y. (2020).
A Case of Curative Onyx Embolization for Tentorial dAVF via Low-flow Feeders with Temporary
Balloon Occlusion of High-flow Feeders. Journal of Neuroendovascular Therapy, 14(3), 112-117.
9. Ogura, R., Oishi, M., Hiraishi, T., Takahashi, H., Shibuya, K., Suzuki, T., ... & Fujii, Y. (2021). Fourdimensional multifusion imaging for assessment of meningioma hemodynamics. Interdisciplinary
Neurosurgery, 24, 101118.
10. Ono, T., Sasajima, T., Shimizu, H., Natsumeda, M., Kanamori, M., Asano, K., Beppu, T., Matsuda, K.,
Ichikawa, M., Fujii, Y., Ohkuma, H., Ogasawara, K., Sonoda, Y., Saito, K., Nobusawa, S., Nakazato,Y., Kitanaka, C., Kayama, T., Tominaga, T., & Tohoku Brain Tumor Study Group (2020). Molecular
Features and Prognostic Factors of Pleomorphic Xanthoastrocytoma: A Collaborative Investigation of
the Tohoku Brain Tumor Study Group. Neurologia medico-chirurgica, 60(11), 543–552.
https://doi.org/10.2176/nmc.oa.2020-0155
11. Saito, S., Hasegawa, H., Takino, T., Ando, K., Shibuya, K., Takahashi, H., On, J., Suzuki, T., Oishi,M., & Fujii, Y. (2021). Unilateral oculomotor nerve palsy caused by arterial compression
accompanying subarachnoid hemorrhage: a case report. Acta neurochirurgica, 163(3), 813–816.
https://doi.org/10.1007/s00701-020-04633-x
12. Saito, S., Hasegawa, H., Ota, T., Takino, T., Yoshida, Y., Ando, K., Shibuya, K., Takahashi, H.,
Suzuki, T., Oishi, M., & Fujii, Y. (2020). Safety and feasibility of the distal transradial approach: A
novel technique for diagnostic cerebral angiography. Interventional neuroradiology : journal of
peritherapeutic neuroradiology, surgical procedures and related neurosciences, 26(6), 713–718.
https://doi.org/10.1177/1591019920925709
13. Suzuki, T., Hasegawa, H., Ando, K., Shibuya, K., Takahashi, H., Saito, S., Oishi, M., & Fujii, Y.
(2020). Possibility of Worsening Flow Diversion Effect Due to Morphological Changes of a Stented
Artery With Multiple Overlapping Stents for Partially Thrombosed Vertebral Artery Aneurysms.
Frontiers in neurology, 11, 611124. https://doi.org/10.3389/fneur.2020.611124
14. Suzuki, T., Genkai, N., Nomura, T., & Abe, H. (2020). Assessing the Hemodynamics in Residual
Cavities of Intracranial Aneurysm after Coil Embolization with Combined Computational Flow
Dynamics and Silent Magnetic Resonance Angiography. Journal of stroke and cerebrovasculardiseases:theofficial

journalof

National

StrokeAssociation,29(12),

105290.

https://doi.org/10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2020.105290
15. Tateishi, K., Miyake, Y., Kawazu, M., Sasaki, N., Nakamura, T., Sasame, J., Yoshii, Y., Ueno, T.,
Miyake, A., Watanabe, J., Matsushita, Y., Shiba, N., Udaka, N., Ohki, K., Fink, A. L., Tummala, S. S.,
Natsumeda, M., Ikegaya, N., Nishi, M., Ohtake, M., … Yamamoto, T. (2020). A Hyperactive
RelA/p65-Hexokinase 2 Signaling Axis Drives Primary Central Nervous System Lymphoma. Cancer
research, 80(23), 5330–5343. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-20-2425
16. Tsuchiya, N., Fujiwara, H., Takahashi, H., Ogura, R., Yoshimura, J., & Fujii, Y. Overlapping Stents
and Coil Embolization of Ruptured Anterior Cerebral Artery Dissecting Aneurysms in the Acute
Phase. Journal of Neuroendovascular Therapy. 2020; 14: 435–440
17. Yoneoka, Y., Akiyama, K., & Seki, Y. (2020). Glass Fragment Injury to the Craniocervical Junction
with Interatlantooccipital Penetration to the Subarachnoid Space: Not-To-Be-Missed Important
Aspects of Craniocervical Trauma Even in the Middle of the COVID-19 Pandemic: Case Report and- 23 -

Review of Literature. World neurosurgery, 141, 402–405. https://doi.org/10.1016/j.wneu.2020.06.065
18. Yoneoka, Y., Aizawa, N., Nonomura, Y., Ogi, M., Seki, Y., & Akiyama, K. (2020). Traumatic
Nonmissile Penetrating Transnasal Anterior Skull Base Fracture and Brain Injury with Cerebrospinal
Fluid Leak: Intraoperative Leak Detection and an Effective Reconstruction Procedure for a Localized
Skull Base Defect Especially After Coronavirus Disease 2019 Outbreak. World neurosurgery, 140,
166–172. https://doi.org/10.1016/j.wneu.2020.05.236
19. 伊藤靖：完成してからでは遅い・完成してからでも間に合うアンギオ室レイアウトの工夫，
脳血管内治療の進歩-ブラッシュアップセミナー2019-，診断と治療社，P1 - 5, 2020
20. 五十嵐博中，武田基秀，棗田学，藤井幸彦．Proton magnetic resonance spectroscopy（1HMRS）．脳神経外科 49(2):438-444, 2021
21. 河辺啓太，長谷川 仁，菊池 文平，伊藤 靖，神保 康志，大石 誠，藤井 幸彦．顔面静脈経由による経静脈的塞栓術で治療した眼症状を有する Anterior Condylar Confluence 近傍硬膜動静脈瘻の1例．脳血管内治療 5:86-92, 2020
22. 岡本浩一郎，棗田学，大石誠，藤井幸彦．脳神経外科 異形成性小脳神経節細胞腫（レルミット・ダクロス病）脳神経外科 49(2):395-399, 2021
23. 岡本浩一郎，棗田学，大石誠，藤井幸彦．黒色腫（メラニン細胞）系腫瘍．脳神経外科
49(2):389-394, 2021
24. 岡本浩一郎，棗田学，大石誠，藤井幸彦．大脳多結節空胞状神経細胞腫瘍（MVNT）．脳神経外科 49(2):383-387, 2021
25. 斎藤祥ニ，柿田明美．臨床医のための神経病理

再入門

中枢神経原発メラノサイト腫瘍，

CLINICAL NEUROSCIENCE, vol.38 no.4, p404-406, 2020
26. 齋藤祥二，長谷川仁，佐藤大輔，安藤和弘，本橋邦夫，棗田学，菊池文平，大石誠，藤井幸彦．血管内再開通療法が奏効した鈍的頚動脈損傷による急性期脳梗塞の1例．脳神経外科 48(6), ｐ527-532, 2020
27. 鈴木倫明．数値流体力学（CFD） 脳神経外科 49(2):425-431, 2021
28. 棗田学，藤井幸彦，五十嵐博中．脳腫瘍におけるMRSの利用，臨床画像36（5）：557-562,
2020
29. 長谷川仁．脳動静脈奇形に対する塞栓術 －術前塞栓術のプラクティカル理論と最近のトピックス－，日本脳神経血管内治療学会学術総会CEPテキスト2020, P197-220, 202030. 長谷川仁．安全なOnyx塞栓術に必要なセットアップ，脳血管内治療の進歩-ブラッシュアッ
プセミナー2019-，診断と治療社, P88 - 95, 2020
31. 平石哲也，藤井幸彦．医療用ナビゲーションシステム-実臨床でのトリセツ-，LiSA 27(6),p648-652, 2020
32. 福多真史．てんかん重積の評価．脳神経外科 49(2):335-341, 2021
33. 米岡有一郎，岡田正康．下垂体の腫大．脳神経外科 49(2):301-315, 2021
34. 吉田至誠，岡本浩一郎，斎藤昭彦，河辺啓太，塚本佳広，森田健一，渡部正俊．腫瘍内辺縁部に急速に増大する多発性結節を認めた髄膜腫内癌転移の一例．CI研究 Vol.42(1)：59-64,
2020
35. 吉村淳一，森川愛美，熊谷駿介，齋藤太希，髙橋陽彦，藤原秀元，小倉良介，土屋尚人．中村のI型乳児急性硬膜下血腫の手術例─Big Black Brain と過灌流について─No Shinkei Geka,
48(9) : 841 - 847, 2020
36. 渡辺慶大，田村俊暁，飯塚眞由美，相澤直孝，米岡有一郎．干渉波刺激療法の導入を契機に経口摂取を確立した脳梗塞慢性期の重度嚥下障害の1例．嚥下医学 9(2): 213-220, 2020.

- 24 -

Ⅳ

共同研究

1.

てんかん原性獲得の機序解明に関する研究
新潟大学脳研究所

2.

国立病院機構西新潟中央病院

脳腫瘍細胞株に対するドラッグスクリーニングを用いた標的治療開発
新潟大学脳研究所 金沢大学がん進展制御センター- 25 -

脳神経内科学分野
I

研究組織（構成員
教授

令和3年3月31日現在）

小野寺

理

准教授

金澤

雅人

講師（病院）石原 智彦

越爾

助教

助教（病院）徳武孝允

助教（病院） 佐治

助教（病院）上村昌寛

特任助教（病院）二宮 格

特任助教（死因究明教育センター）畠山

特任助教

今野

卓哉

林 秀樹

公大

病院専任助教 笠原 壮、若杉 尚宏
技術職員

金子

三津子、川口さやか

博士課程大学院生

Ⅱ

酒井

直子、坪口

晋太朗、樋口大津裕、永井 貴大、中島 章博

陽、畠野

雄也、安藤

昭一朗、山岸

拓磨、加藤

怜

研究活動

【多発性硬化症・視神経脊髄炎に関する研究】
1) 研究の概要
多発性硬化症 (multiple sclerosis: MS) と視神経脊髄炎 (neuromyelitis optica: NMO) は中枢神経系
炎症性自己免疫疾患である。これまでに河内泉を中心とする研究グループは、本邦のNMO症例の臨床免疫学的・病理学的特徴を明らかにしてきた (Neurology 2009;73:1628)。引き続き、NMOにおける認知機能障害の臨床的心理学的・病理学的特徴を解析し、その発症機序を世界に先駆けて発表した (Annals of Neurology 2013;73:65)。さらにNMOのミトコンドリア蓄積を伴う神経変性の詳細を明らかにした (Annals of Neurology 2016;79:605)。これらをまとめた総説をオーストリア・ウィーン大学・Hans Lassmann教授と報告した (J Neurol Neurosurg Psychiatry 2017;88:137)。またMSに関しては、新規治療薬フィンゴリモドによる髄腔内免疫細胞動態を可視化し、服用早期におけるMS
再発のリスク因子を解析した (Multiple Sclerosis Journal 2013;19(9):1230-1233)。2017年には、Hans
Lassmann 教 授 と 佐 治 越 爾 は MS 脳 に 浸 潤 す る T 細 胞 の 詳 細 を 明 ら か に し た (Acta Neuropathol
2017;133(4):613-627)(Brain 2017;141(7):2066-2082)。さらにMSとNMOの免疫現象と神経変性の関係を検討した。多発性硬化症をはじめとした免疫性神経疾患における妊娠・出産・授乳」に関する研究を開始した。
日本神経学会監修「多発性硬化症・視神経脊髄炎診療ガイドライン2017」の作成委員を務めた。
これまでにMSおよびNMOの臨床治験薬開発を11件行っており、新薬開発を大きく推進した。
希少・難治性疾患であるMSとNMOを持つ患者が働きながら治療を受け、幸せな家庭生活を送ることができる持続可能な社会に向け、2019年3月、政府主催の「W20・国際女性会議」で講演した(https://www.mofa.go.jp/mofaj/files/000461874.pdf)。 米 国 ガ シ ー ・ ジ ャ ク ソ ン 慈 善 財 団 主 催 の 全 米
NMO患者会に招待され、研究の成果を発表した。日本多発性硬化症協会医学顧問団として社会活動を行った。「知ることから始める、多発性硬化症患者が輝く社会への転換」「30歳前後の女性に多い多発性硬化症」等のタイトルで取材を受け、京都新聞をはじめとするメデイアに病気啓発に関する記事が掲載された。
【免疫介在性肥厚性硬膜炎の臨床像に関する検討】- 26 -

1) 研究の概要
河内泉を中心とする研究グループは、免疫介在性肥厚性硬膜炎の臨床免疫学的・病理学的特徴を検討し、特にANCA関連疾患群において新たな亜型の存在を明らかにした (Brain 2014;137(2):520536)。 厚生労働科学研究費・難治性疾患等政策研究事業「神経免疫疾患のエビデンスによる診断基

準・重症度分類・ガイドラインの妥当性と患者QOLの検証」(研究代表者; 松井真 [金沢医科大学])
において、 特発性肥厚性硬膜炎の診断基準を作成し、日本神経学会より承認を受けた。
【NMDA受容体抗体脳炎をはじめとした自己免疫性脳炎の臨床像に関する検討】
1) 研究の概要
河内泉を中心とする研究グループはペンシルバニア大学のJosep Dalmau教授との共同研究により、NMDA 受 容 体 抗 体 脳 炎 の 長 期 治 療 予 後 を 解 析 し 、 Lancet Neurology 誌(Lancet Neurology

2013;12(2):157)、Neurology誌 (Neurology 2013; 81(12):1058) に報告した。さらにJosep Dalmau教授との共同研究により、自己免疫性脳炎の新しい標的抗体 (neurexin-3α antibodies) を発見し、Neurology誌 (Neurology 2016;86(24):2235.) に報告した。
【POEMS症候群のサリドマイド治療に関する検討】
1)

研究の概要
河内泉、西澤正豊を中心とする研究グループは千葉大学の桑原聡教授らとの共同研究により、

POEMS症候群に対するサリドマイド治療の開発を行い、その成果をLancet Neurology誌 (Lancet
Neurology 2016;15(11):1129)、BMJ open (2015 Jan 8;5(1):e007330.) に報告した。
【脳梗塞に対する新規治療法の開発】
1)

研究の概要
金澤雅人を中心とする研究グループは、修復期の新しい細胞療法として、低酸素・低糖刺激を行った末梢血単核球の脳梗塞動物モデルへの投与が有効であることを明らかにし、発表した（Sci Rep
2019;9:16819）。本論文は、脳卒中学会草野賞を受賞し、米国脳卒中協会年次集会でもLate breaking
Sessionに採択された。細胞療法の機序、応用につき、総説で発表した（Int J Mol Sci 2020;21:6194）
本知見をもとに、国際特許出願を行った。JSTの支援も受け海外各国移行（米国、欧州、韓国、中国）を進めた。さらに新規特許申請を共同研究の結果行った。
【進行型脳梗塞病型の BAD の新規診断バイオマーカーの探索】
1)

研究の概要
金 澤 雅 人 を 中 心 と す る 研 究 グ ル ー プ は 、 進 行 型 の 脳 梗 塞 一 病 型 Branch atheromatous disease（BAD）の早期診断を可能にする診断マーカーを検討した。動脈局所の炎症に注目し、炎症マーカ
ーペントラキン３がBADの早期診断マーカーとなることを明らかにした（Eur J Neurol 2020;27:12791284）。本知見をもとに、国内特許出願を行い、多施設共同研究に発展させた。
2) 研究の成果（特許出願）
CELL PREPARATION AND METHOD FOR PRODUCING CELL PREPARATION（US20190216856A1，
CN109963573，EP3508207，KR1020190042684）
特開 2020-153767 被検動物における急性期のＢＡＤの発症可能性の評価方法及び急性期の分岐粥腫
型梗塞の診断薬- 27 -

【脊髄小脳変性症の治療に関する医師主導治験】
1) 研究の概要
小野寺理を中心とする研究グループは脊髄小脳変性症の新規治療開発にむけた、第Ⅱ相 医師主導治験を計画し、令和2年度 AMED 希少難治性疾患に対する画期的な医薬品の実用化関研究分野に採用された。
本年度より、本学臨床研究推進センターおよび共同実施期間の協力のもと、「脊髄小脳変性症を対象としたAJA030の有効性と安全性を評価するプラセボ対照二重盲検無作為化群間比較試験」を開始している。
本治験は脊髄小脳変性症のうちSCA6を対象とする。当施設を含めた4施設で症例登録を開始しており、令和3年9月末までに40人の登録を行い、治験薬AJA030の有効性を解析する予定である。

Ⅲ
1

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）

Prudencio M, Garcia-Moreno H, Jansen-West KR, Al-Shaikh RH, Gendron TF, Heckman MG, Spiegel
MR, Carlomagno Y, Daughrity LM, Song Y, Dunmore JA, Byron N, Oskarsson B, Nicholson KA, Staff NP,
Gorcenco S, Puschmann A, Lemos J, Januário C, LeDoux MS, Friedman JH, Polke J, Labrum R,
Shakkottai V, McLoughlin HS, Paulson HL, Konno T, Onodera O, Ikeuchi T, Tada M, Kakita A, Fryer JD,
Karremo C, Gomes I, Caviness JN, Pittelkow MR, Aasly J, Pfeiffer RF, Veerappan V, Eggenberger ER,
Freeman WD, Huang JF, Uitti RJ, Wierenga KJ, Collazo IVM, Tipton PW, van Gerpen JA, van Blitterswijk
M, Bu G, Wszolek ZK, Giunti P, Petrucelli L. Towardallele-specificpharmacodynamic marker for spinocerebellar ataxia type 3.
2targetingtherapy

and.Sci Transl Med 2020.1 12(566) eabb7086.

Naoko Sakai,*, Masahiro Uemura,*, Taisuke Kato, Hiroaki Nozaki, Shouichirou Ando, Hiroyuki Kamei,,
Motohiro Kato ,and Osamu Onodera

Hemorrhagic cerebral small vessel disease caused by a novel

mutation in 3'UTR of collagen type IV alpha 1
Neurology Genetics
32020 6

DOI:10.1212/NXG.0000000000000383

Kosei Nakamura, Akihiro Sugai, Etsuji Saji, Kensaku Kasuga, Osamu Onodera
Refractory Myositis Affecting the Intrinsic Muscles of the Hand: A Case Report
Internal Medicine 2020

4

Jan 17 DOI:10.2169/internalmedicine.3773-19

笠原 壮、石原 智彦、小池 佑佳、須貝 章弘、小野寺 理
Transactive response DNA-binding protein 43kDa(TDP-43) 凝 集 体 の 形 成 と 分 解 か ら み た
amyotrophic

5

lateral sclerosis(ALS)の分子機構

臨床神経学2020.2 2 109-116

Masatoyo Nishizawa, Osamu Onodera, Akihiro Hirakawa, Yoshitaka Shimizu, Masayuki Yamada
Effect of rovatirelin in patients with cerebellar ataxia: two randomised double-blind placebo-controlled
phase 3 trials

6

J Neurol Neurosurg Psychiatry 2020 Mar

91(3)254-262

畠野雄也、須貝章弘、山岸拓磨、中島章博、柿田明美、小野寺理
出血性病変が検出されずに広範な脳病変に至ったアミロイドβ関連血管炎の1例
臨床神経学 2020.3 60(3)7187-192

I.Ninomiya, M.Kanazawa, M.Uemura, O.Onodera
Elevated serum pentraxin 3 levels might predict the diagnosis of branch atheromatous disease at a very
- 28 -

early stage EuropeanJournal
89of Neurology

小出眞悟、畠山公大、上村昌寛、菊池文平、長谷川仁、小野寺理

一側視野に限局した複雑幻視を呈した硬膜動静脈瘻の一例

425-428

臨床神経学2020.6 60(6)Taisuke Kato, Yumi Sekine, Hiroaki Nozaki, Masahiro Uemura, Shoichiro Ando, Sachiko Hirokawa andOsamu Onodera

Excessive Production of Transforming Growth Factor β1 Causes Mural Cell

Depletion From Cerebral Small Vessels
102020.4 DOI:10.1111/ene.14249

Frontiers in Aging Neuroscience 2020.6 12(151)

Eiko N. Minakawa, Helena Akiko Popiel, Masayoshi Tada, Toshiaki Takahashi, Hiroshi Yamane, Yuji
Saitoh, Yasuo Takahashi, Daisaku Ozawa, Akiko Takeda, Toshihide Takeuchi, Yuma Okamoto, Kazuhiro
Yamamoto, Mari Suzuki, Hiromi Fujita, Chiyomi Ito, Hiroko Yagihara, Yuko Saito, KeiWatase, Hiroaki
Adachi, Masahisa Katsuno, Hideki Mochizuki, Kentaro Shiraki, Gen Sobue, Tatsushi Toda,

KeijiWada,

Osamu Onodera and Yoshitaka Nagai
Arginine is a disease modifier for polyQ disease models that stabilizes polyQ protein conformation
BRAIN

2020.5

DOI:10.1093/brain/awaa115

11

中島章博、河内泉

肥厚性硬膜炎の診断と治療 脊髄外科 2020.4 34（1）5-31

12

Masahiro Uemura, Hiroaki Nozaki, Taisuke Kato, Akihide Koyama, Naoko Sakai, Shoichiro Ando,
Masato Kanazawa, Nozomi Hishikawa, Yoshinori Nishimoto, Kiran Polavarapu, Atchayaram Nalini,
Akira Hanazono, Daisuke Kuzume, Akihiro Shindo, Mohammad El-Ghanem, Arata Abe, Mari Yoshida,
Takeshi Ikeuchi, Ikuko Mizuta, Toshiki Mizuno, and Osamu Onodera
HTRA1-Related Cerebral Small Vessel Disease: A Review of the Literature
Frontiers in Neurology

13

11(545) DOI:10.3389/fneur.2020.00545

Deutschlander AB, Konno T, Soto-Beasley AI, Walton RL, van Gerpen JA, Uitti RJ, Heckman MG,
Wszolek ZK, Ross OA.
Parkinson’s disease.

14

2020.7

Association of MAPT subhaplotypes with clinical and demographic features in
Ann Clin Transl Neurol 2020 7(9) 1557-1563.

安藤昭一朗、加藤泰介、小野寺理

DNA,RNAを標的としたポリグルタミン病の新規治療戦略

実験医学 2020.8 38(13) 2191-2196
15

Masahiro Hatakeyama, Itaru Ninomiya, Yutaka Otsu, Kaoru Omae, Yasuko Kimura, Osamu Onodera,
Masanori Fukushima, Takayoshi Shimohata and Masato Kanazawa
Cell Therapies under Clinical Trials and Polarized Cell Therapies in Pre-Clinical Studies to Treat
Ischemic Stroke and Neurological Diseases: A Literature Review
International Journal of Morecular Sciences 2020.8 21(17) 6194

16

小池佑佳、小野寺理

副腎白質ジストロフィー

17

畠山公大、二宮格、小野寺理、下畑享良、金澤雅人
脳梗塞に対する低酸素低糖刺激末梢血単核球療法- 29 -

生体の科学 2020

71(5)410-411BRAIN and NERVE 2020 72(10) 1097-1103

18Maria Teresa Pellecchia, Iva Stankovic, Alessandra Fanciulli, Florian Krismer,
Jose-Alberto Palma,

Jalesh N. Panicker, Klaus Seppi, andWassilios G. Meissner,

Gregor K. Wenning,

Members of theMovement Disorder Society Multiple System Atrophy Study Group are listed in the Appendix"Can Autonomic Testing and Imaging
Atrophy? A Systematic Review andContribute to the Early Diagnosis of Multiple

Recommendations by the Movement

SystemDisorder Society Multiple

System Atrophy Study Group"
MOVEMENT DISORDERS CLINICAL PRACTICE
19

2020

7(7)

750–762

Mercedes Prudencio, Hector Garcia-Moreno, Karen R Jansen-West, Rana Hanna Al-Shaikh, Tania F
Gendron, Michael G Heckman, Matthew R Spiegel, Yari Carlomagno, Lillian M Daughrity, Yuping Song,
Judith A Dunmore, Natalie Byron, Björn Oskarsson, Katharine A Nicholson, Nathan P Staff, Sorina
Gorcenco, Andreas Puschmann, João Lemos, Cristina Januário, Mark S LeDoux, Joseph H Friedman,
James Polke, Robin Labrum, Vikram Shakkottai, Hayley S McLoughlin, Henry L Paulson, Takuya
Konno, Osamu Onodera, Takeshi Ikeuchi, Mari Tada, Akiyoshi Kakita, John D Fryer, Christin Karremo,Inês Gomes, John N Caviness, Mark R Pittelkow, Jan Aasly, Ronald F Pfeiffer, Venka Veerappan, Eric R
Eggenberger, William D Freeman, Josephine F Huang , Ryan J Uitti , Klaas J Wierenga, Iris V Marin
Collazo, Philip W Tipton, Jay A van Gerpen, Marka van Blitterswijk, Guojun Bu, Zbigniew K Wszolek,
Paola Giunti, Leonard Petrucelli
Toward allele-specific targeting therapy and pharmacodynamic marker for spinocerebellar ataxia type 3
Science Translational Medicine

20

2020.1 12(566) DOI: 10.1126/s citranslmed.abb7086

Ryoichi Nakamura, Kazuharu Misawa, Genki Tohnai, Masahiro Nakatochi, Sho Furuhashi, Naoki
Atsuta, Naoki Hayashi, Daichi Yokoi, Hazuki Watanabe, Hirohisa Watanabe, Masahisa Katsuno, Yuishin
Izumi, Kazuaki Kanai, Nobutaka Hattori, Mitsuya Morita, Akira Taniguchi, Osamu Kano, Masaya
Oda, Kazumoto Shibuya, Satoshi Kuwabara, Naoki Suzuki, Masashi Aoki, Yasuyuki Ohta, Toru
Yamashita, Koji Abe, Rina Hashimoto, Ikuko Aiba, Koichi Okamoto, Kouichi Mizoguchi, Kazuko
Hasegawa, Yohei Okada, Tomohiko Ishihara, Osamu Onodera, Kenji Nakashima, Ryuji Kaji, Yoichiro
Kamatani, Shiro Ikegawa, Yukihide Momozawa, Michiaki Kubo, Noriko Ishida , Naoko
Minegishi , Masao Nagasaki, Gen Sobue
A multi-ethnic meta-analysis identifies novel genes, including ACSL5, associated with amyotrophic
lateral sclerosis

21

河内泉、小野純花
Ⅲ．診断と治療

22

Commun Biol 2020.9 23;3(1) 526
特集：免疫性神経疾患update-基礎・臨床研究の最新知見‐
開発中の治療と今後の展望

日本臨牀2020.11 78(11) 1851-1861

Yutaka Otsua, Masaki Namekawa, Masafumi Toriyabeab, Itaru Ninomiya, Masahiro Hatakeyama,
Masahiro Uemura, Osamu Onodera, Takayoshi Shimohata, Masato Kanazawa
Strategies to prevent hemorrhagic transformation after reperfusion therapies for acute ischemic stroke:Aliterature review

23

Journal of the Neurological Sciences

2020.10 419

齊ノ内信、Gabdulkhaev Ramil、小野寺理、柿田明美
良性成人型家族性ミオクローヌスてんかんの神経病理 脳神経内科

24

大津裕、今野卓哉、石原智彦、小野寺理- 30 -

2020

93(3)

305-309

脊髄小脳変性症の治療の現状と展望

難病と在宅ケア2020.11 26(8)

9-12
68-71

25

山岸拓磨、須貝章弘

相分離メガネをかけて見直す神経変性疾患 202026

河内泉、西澤正豊

免疫・炎症疾患のすべて

Ⅵ．免疫・炎症疾患各論

病原微生物・新生物にされる免疫疾患
傍腫瘍性神経症候群（PNS)
河内泉

27

(1)

2020.10 149特別号(2)330-333

多発性硬化症診療の最前線～患者さんと共に歩む～

難病と在宅ケアⅣ

日本医師会雑誌

2020.12

26(9)

56-60

共同研究
自己免疫性脳炎の病態解析 (国際共同研究)（概要）

河内泉らは、ペンシルバニア大学・バルセロナ大学のJosep Dalmau教授との共同研究より、自己免疫性脳炎の自己抗体に関する解析を行った。

（参加機関）ペンシルバニア大学・バルセロナ大学Josep Dalmau教授(2)

末梢神経・骨格筋を用いた末梢神経・筋疾患の診断、検体保存、病態研究 (学外共同研究)（概要）

末梢神経・骨格筋を侵す神経・筋疾患には、炎症性筋疾患、筋ジストロフィー、炎症性末梢神経疾患、遺伝性感覚運動ニューロパチーなどが該当し、末梢神経・骨格筋を用いた病理・生化学的検査、病態研究を行った。

（参加機関）新潟大学脳研究所神経内科、長岡赤十字病院神経内科、新潟県立中央病院神経内科、新潟県立新発田病院神経内科、国立病院機構西新潟中央病院(3)

脳梗塞に対する機能回復促進させる細胞療法の開発（概要）（学外共同研究）

金澤雅人らは、岐阜大学大学院医学部脳神経内科分野下畑享良教授、医療イ
ノベーション推進センターの川本篤彦センター長、LHS研究所福島雅典代表
理事らとの共同研究を行い、脳梗塞に対する脳保護的細胞療法の研究を行った。新規特許申請を行った。

（参加機関）新潟大学脳研究所脳神経内科、岐阜大学大学院医学部脳神経内科分野、医療イノベーション推進センター、LHS研究所（特許）

CELL PREPARATION AND METHOD FOR PRODUCING CELL PREPARATION（WO 2018043596，US20190216856A1，CN109963573，EP3508207，KR102019004268）(4)

進行性脳梗塞病型BADの新規診断バイオマーカーの探索（学外共同研究）（概要）

金澤雅人らは、新潟市民病院脳卒中科、国立循環器研究センター脳神経内科
服部頼都医長らとの共同研究を行い、進行性脳梗塞病型BADの新規診断バイ
オマーカーの探索研究を行った。

（参加機関）新潟大学脳研究所脳神経内科、新潟市民病院脳卒中科、国立循環器研究センター脳神経内科- 31 -

統合脳機能研究センター
Ⅰ

Ⅱ

研究組織（構成員

令和3年3月31日現在）

教授

五十嵐

博中 センター長

特任専門職員西澤

正豊

特任専門職員

杉浦

真

客員教授

イングリッド・クウィー

准教授

松澤

等

脳機能解析学分野

准教授

鈴木

雄治

臨床機能脳神経科学分野

准教授

伊藤

浩介

生体磁気共鳴学分野

助教

渡辺

将樹

生体磁気共鳴学分野

助教

植木

智志

臨床機能脳神経科学分野

助教

中村

ゆきみ 生体磁気共鳴学分野

特任助手

村木

美子

臨床機能脳神経科学分野

特任助手

大湊

詩保

臨床機能脳神経科学分野

特任助手

松田

豪

臨床機能脳神経科学分野

実験助手

冨士

淑恵

臨床機能脳神経科学分野

技術職員

計良

妙

実験助手

目黒

佳未

実験助手

上村

柊太

大学院生

武田

基秀

大学院生

大野

健

医局秘書

佐藤

直子

医局秘書

松崎

励奈

医局秘書

遠藤

智代

医局秘書

丸山

美穂

主な研究活動統合脳機能研究センターでは「こころの科学的解明」を目的とした中核的研究拠点（ COE）形成
プログラムから、さらに文部科学省連携融合事業「水分子の脳科学」（平成17年度～22年度）、文部科学省特別経費「意識の脳科学」（平成23年度～27年度）と引き継がれた研究活動を推進してきた。
このプロジェクトでは水分子の移動に特異的に関与するタンパク質のチャンネル、アクアポリンの動態的機能解析を行い、生体におけるアクアポリンの動態を画像化する方法の開発に初めて成功す
ると共に、世界初のアクアポリン４阻害剤を開発した。さらに、これらのプロジェクトは、今までの研究成果を臨床に還元すべく平成28年度～32年度文部科学省共同利用・共同研究拠点強化事業「アルツハイマー病予防・治療薬の創生」へと引き継がれ、シーズとなる薬剤3種類の開発を終え、国内特許を申請、さらにJSTの大学等知財基盤強化支援に採択されPCTさらにはアメリカ・EUに特許を申請するとともに、企業との共同研究開発を進めている。
それと共に、もう一つの柱である画像診断技術の開発においては、脳の水動態を無侵襲に測定する手法を開発し、モデル動物、更にポジトロンCT、MRIを用いたヒトへの臨床応用を進めるとともに、先端画像技術開発において国内・国際共同研究を進めている。

- 32 -

Ⅲ

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）

1. Yamada K, Suzuki Y, Ueki S, Itoh K, Watanabe M, Suzuki K, Igarashi H. Participant-driven Simulation Protocol
With a Mock Scanner for Pediatric Magnetic Resonance Neuroimaging Preparation Without Sedation Clinical
Simulation in Nursing 47:40-47, DOI: 10.1016/j.ecns.2020.07.002
2. Terumitsu-Tsujita M, Kitaura H, Miura I, Kiyama Y, Goto F, Muraki Y, Ominato S, Hara N, Simankova A, Bizen N,
Kashiwagi K, Ito T, Toyoshima Y, Kakita A, Manabe T, Wakana S, Takebayashi H, Igarashi H. Glial pathology in anovel spontaneous mutant mouse of the Eif2b5 gene: a vanishing white matter disease model.J Neurochem. 2020
Jul;154(1):25-40. doi: 10.1111/jnc.14887.
3. Kenichi Yamada, Masaki Watanabe, Kiyotaka Suzuki, Yuji Suzuki. Cerebellar Volumes Associate with Behavioral
Phenotypes in Prader-Willi Syndrome. Cerebellum (London, England) 1-10.[Published online,13 July 2020]
4. Terumitsu-Tsujita M, Kitaura H, Miura I, Kiyama Y, Goto F, Muraki Y, Ominato S, Hara N, Simankova A, Bizen N,
Kashiwagi K, Ito T, Toyoshima Y, Kakita A, Manabe T, Wakana S, Takebayashi H, Igarashi H. Glial pathology in anovel spontaneous mutant mouse of the Eif2b5 gene: a vanishing white matter disease model. J Neurochem. 2020
Jul;154(1):25-40. doi: 10.1111/jnc.14887. Epub 2019 Oct 28. PMID: 31587290.
5. Igarashi H, Ueki S, Kera T, Ohno K, Ohkubo M, Terumitsu-Tsujita M, Kakita A, Kwee IL. Longitudinal GluCEST
MRI Changes and Cerebral Blood Flow in 5xFAD Mice Contrast Media Mol Imaging. 2020 Nov DOI:
10.1155/2020/8831936
6. 伊藤浩介 「共感覚とは本当は何か？」基礎心理学研究 39 巻 1 号 (2020).

Ⅳ
(1)

共同研究
研究題目

アルツハイマー病予防・治療のための先制医療（平成28年度～）

研究内容

MRI・PETを用いたアルツハイマー病の発症前診断法を開発・確立すると共に、開発された診断技術をアルツハイマー病発症予防に生かすために、アクアポリンを制御する薬剤の開発を行い、アミロイド蛋白の排泄不全を予防・治療する特異的な新薬を創生することを目標とする。

(2)

参加機関

Neurology, University of California, Davis

(米国)

研究題目

高磁場MRIを用いた発達障害に伴う統合的脳機能に関する研究（平成28年度
～）

研究内容

高磁場MRIにおける画像解析法（機能的MRI、拡散テンソル解析）を用いて自閉症、学習障害をはじめとした発達障害に関連する生態情報を非侵襲的に抽出し、脳発達病態の手掛りを探る。

(3)

参加機関

国立成育医療研究センター

研究題目

サル類における聴覚事象関連電位の記録（平成25年～）

研究内容

サル類を対象に無麻酔・無侵襲で頭皮上から聴覚誘発電位や事象関連電位を記録し、脳進化に伴う聴覚処理の種差を検討する。

参加機関

京都大学霊長類研究所- 33 -

遺伝子機能解析学分野

Ⅰ

Ⅱ

研究組織（構成員

令和3年3月31日現在）

教授

池内

健

技術補佐員（続き）

佐藤

美代子

准教授

宮下

哲典

工藤

結子

助教

春日

健作

佐久間

香織

特任助教

原

事務補佐員

桑山

恵美子

特任助手

荒木

大学院生（博士）

黒羽

泰子

特任助手

長谷川

樋口

陽（脳神経内科）

技術職員

月江

珠緒

劉

李歆

技術補佐員

大日方

藍

朱

斌

佐藤

康平

範和
亜希
舞衣

Ady Fitrah Yusran

研究活動
本分野はヒト生体試料を用いた統合解析に基づく認知症性疾患の診断・治療法の開発、並びに病態解明に関する研究活動を行っている。国内の多施設と共同してアルツハイマー病等の認知症性疾
患ゲノムDNAを収集し、数千例規模のゲノムDNAを有するリソースを構築している。これらのサン
プルを活用してアルツハイマー病の感受性遺伝子探索やコモン・レアバリアント解析を行い、孤発性アルツハイマー病の遺伝学的な観点から発症機序解明を目指している。単一遺伝子性の家族性認知症の遺伝子解析については、全国の医療施設から原因遺伝子変異の解析の依頼を受け（累計1,000
症例以上）、その結果を臨床に還元するクリニカルシークエンスを実施している。本学において取得された本邦の認知症ゲノム情報は公的データベースであるMGeND（Medical Genomics Japan
Variant Database）において非制限公開している。これらの実績をふまえ、令和元年からAMED「網羅的ゲノム解析とインフォマティクス統合解析による認知症の新規病態解析」の代表機関として、本邦の認知症ゲノム研究を牽引している。
ゲノムDNAに加えて、全国多施設共同研究により統一されたプロトコルで採取された脳脊髄液、血液、RNAなどを維持、管理、運用し、認知症性疾患バイオバンクを運営している。多施設共同認知症臨床研究におけるバイオマーカー測定の品質を担保することを目的に、生体試料の取り扱いと測定方法の標準化を実施している。さらに、これらの生体試料リソースを用いて、認知症性疾患の新規バイオマーカーを探索し、新規候補マーカーを報告している。これらの認知症性疾患バイオバ
ンクを活用し、「新潟大学脳研究所共同利用・共同研究」により、国内外の施設と共同研究を展開
している。

Ⅲ

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）

1.

Hayakawa H, Baba K, Ikenaka K, Aguirre C, Nakatani R, Choong CJ, Tsuda H, Nagano S, Koide M,
Ikeuchi T, Hasegawa M, Papa SM, Nagai Y, Mochizuki H. Structurally distinct G51D α-synuclein
pathology, progressive neuronal loss, and motor impairment in mice. Movement Disorder 35:256-267,
2020 / doi: 10.1002/mds.27887- 34 -

2.

Barthélemy NR, Li Y, Joseph-Mathurin N, Gordon BA, Hassenstab J, Benzinger TLS, Buckles V, Fagan
AM, Perrin R, Goate AM, Morris JC, Karch C, Xiong C, Allegri R, Berman SB, Ikeuchi T, Shimada H,
Shoji M, Suzuki K, Noble J, Ringman J, Ghetti B, Farlow M, Chhatwal J, Graff -Radford NR, Salloway
S, Shofield PR, Masters C, Martins R, Rossor NM, Fox NC, Levin J, Jucker M, Sato C, Bateman RJ,
McDade E, Dominantly Inherited Alzheimer Network*. A soluble phosphorylated tau signature links
tau, amyloid and the evolution of stages of dominantly inherited Alzheimer's disease. Nature Medicine
26, 398-407, 2020 / doi: org/10.1038/s41591-020-0781-z (*, including Kasuga K and Ikeuchi T)

3.

Tanaka H, Toyoshima Y, Kawakatsu S, Kobayashi R, Yokota O, Terada S, Kuroda S, Miura T, Higuchi
Y, Otsu H, Sanpei K, Otani K, Ikeuchi T, Onodera O, Kakita A, Takahashi H. Morphologicalcharacterization of glial and neuronal tau pathology in globular glial tauopathy (type II and III).
Neuropathology Applied Neurobiology 46:344-358, 2020 / doi: 10.1111/nan.12581

4.

Tamhankar PM, Zhu B, Tamhankar VP, Withbawkar SM, Seabra L, Livingston J, Ikeuchi T, Crow YJ.
Biallelic hypomorphic mutations in CSF1R associated with fatal childhood neurodegeneration.
Neuropediatrics 51:302-306, 2020 / doi: 10.1055/s-0040-1702161

5.

Zhou Y, Song WM, Andhey PS, Swain A, Levy T, Miller KR, Poliani PL, Cominelli M, Grover S,
Gilfillan S, Cella M, Ulland TK, Zaitsev K, Miyashita A, Ikeuchi T, Sainouchi M, Kakita A, Bennett
DA, Schneider JA, Nichols MR, Beausoleil SA, Ulrich J, Holtzman DM, Artyomov M, Colonna M.
Human and mouse single-nucleus transcriptomics reveal TREM2-dependent and TREM2-independent
cellular responses in Alzheimer's disease. Nature Medicine 26:131-142, 2020 / doi: 10.1038/s41591-0190695-9

6.

Kikuchi M, Sekiya M, Hara N, Miyashita A, Kuwano R, Ikeuchi T, Iijima KM, Nakaya A. Disruptionof a RAC1-centred network is associated with Alzheimer’s disease pathology and causes age-dependentneurodegeneration. Human Molecular Genetics 29:817-833, 2020 / doi: 10.1093/hmg/ddz320

7.

Zhang W, Tarutani A, Newell KL, Murzin AG, Matsubara T, Falcon B, Vidal R, Garringer HJ, Shi Y,
Ikeuchi T, Murayama S, Ghetti B, Hasegawa M, Goedert1 M, Scheres SGW. Novel tau filament fold incorticobasal degeneration, a four-repeat tauopathy. Nature 580: 283–287, 2020 / doi: 10.1038/s41586020-2043-0

8.

Chiu YW, Hori Y, Ebinuma I, Sato H, Hara N, Ikeuchi T, Tomita T. Identification of calcium andintegrin-binding protein 1 as a novel 1 regulator of production of amyloid β peptide using CRISPR/Cas9based 2 screening system. FASEB Journal 34(6):7661-7674 / doi: 10.1096/fj.201902966RR

9.

Senzaki S, Miura S, Ochi M, Kato T, Okada T, Matsumoto S, Shiraoka A, Ochi H, Igase M, Kitazawa R,
Zhu B, Ikeuchi T, Ohyagi Y. Sporadic Japanese case of adult-onset leukoencephalopathy with axonal
spheroids and pigmented glia caused by a de novo p.Phe849del mutation in CSF1R. Neurology Clinical
Neuroscience 8:96-98, 2020 / doi: 10.1111/ncn3.12367

10. Ohta Y, Hishikawa N, Ikegami K, Sato K, Osakada Y, Takemoto M, Yamashita T, Omote Y, Ikeuchi T,
Abe K. Different clinical and neuroimaging features between Japanese dementia siblings with a new N terminal mutation (Val225Ala) of APP gene. Journal of Clinical Neuroscience 72:482-484, 2020 / doi:
10.1016/j.jocn.2019.11.009
11. Saito R, Hara N, Tada M, Homma Y, Miyashita A, Onodera O, Ikeuchi T, Kakita A. Novel CHP1
mutation in autosomal-recessive cerebellar ataxia: autopsy features of two siblings. Acta
- 35 -

Neuropathologica Communications 8:134, 2020 / doi: 10.1186/s40478-020-01008-2
12. Saito R, Shimizu H, Miura T, Hara N, Mezaki N, Higuchi Y, Miyashita A, Kawachi I, Sanpei K, Honma
Y, Onodera O, Ikeuchi T, Kakita A. Oculopharyngodistal myopathy with coexisting histology ofsystemic neuronal intranuclear inclusion disease: Clinicopathologic features of an autopsied patient
harboring CGG repeat expansions in LRP12. Acta Neuropathologica Communications 8:75, 2020 / doi:
10.1186/s40478-020-00945-2
13. Suzuki K, Hirakawa A, Ihara R, Iwata A, Ishii K, Ikeuchi T, Sun CK, Donohue M, Iwatsubo T;
Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, Japanese Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative.
Effect of apolipoprotein E ε4 allele on the progression of cognitive decline in the early stage of
Alzheimer's disease. Alzheimers Dement (NY) 6:e12007, 2020 / doi: 10.1002/trc2.12007
14. Prudencio M, Garcia-Moreno H, Jansen-West KR, AL-Shaikh RH, Gendron TF, Heckman MG, Spiegel
MR, Carlomagno Y, Daughrity LM, Song Y, Dunmore JA, Byron N, Oskarsson B, Nicholson KA, Staff
NP, Gorcenco S, Puschmann A, Lemos J, Januário C, LeDoux MS, Friedman JH, Polke J, Labrum R,
Shakkottai V, McLoughlin HS, Paulson HL, Konno T, Onodera O, Ikeuchi T, Tada M, Kakita A, John
FD, Ataxia Study Group, Wszolek ZK, Giunti P, Petrucelli L. Towards allele-specific targeting therapy
and pharmacodynamic biomarker for spinocelebellar ataxia 3. Science Translational Medicine
12(566):eabb7086, 2020 / doi: 10.1126/scitranslmed.abb7086
15. Uemura M, Nozaki H, Kato T, Koyama A, Sakai N, Ando S, Kanazawa M, Hishikawa N, Nishimoto Y,
Kiran Polavarapu P, Nalini A, Hanazono A, D, Shindo A, El-Ghanem M, Abe A, Sato A, Yoshida M,
Ikeuchi T, Mizuta I, Mizuno T, Onodera O. HTRA1-related cerebral small vessel disease: a review ofthe literature. Frontiers in Aging Neuroscience 11:545, 2020 / doi: 10.3389/fneur.2020.00545.
eCollection 2020.
16. Awata S, Edahiro A, Arai T, Ikeda M, Ikeuchi T, Kawakatsu S, Konagaya Y, Miyanaga K, Ota H, Suzuki
K, Tanimukai S, Utsumi K, Kakuma T. Prevalence and subtype distribution of young -onset dementia inJapan. Psychogeriatrics 20:817-823, 2020 / doi: 10.1111/psyg.12596
17. Watanabe Y, Hirao Y, Kasuga K, Tokutake T, Kitamura K, Niida S, Ikeuchi T, Nakamura K, Yamamoto T.
Urinary Apolipoprotein C3 Is a potential biomarker for Alzheimer's disease. Dementia Geriatrics Cognition
Disease Extra 10:94-104, 2020 / doi: 10.1159/000509561
18. Hirano M, Iritani S, Fujishiro H, Torii Y, Kawashima K, Sekiguchi H, Habuchi C, Yamada K, Ikeda T, Hasegawa
M, Ikeuchi T, Yoshida M, Ozaki N. Globular glial tauopathy Type I presenting with bvFTD. Neuropathology
40:515-525, 2020 / doi: 10.1111/neup.12457
19. Ohashi R, Umezu H, Sato A, Daigo K, Sato S, Hara N, Miyashita A, Ikeuchi T, Motoyama T, Kishi M,
Nagaoka T, Otsubo A, Ichikawa K, Kagamu H, Kikuchi T, Watanabe S, Hamakubo T, Tsuchida M, andAjioka Y. Potential prognostic implications of germline rDNA promoter single nucleotide variants in lungadenocarcinoma patients. Cells 9:2409, 2020 / doi: 10.3390/cells9112409.
20. Yamasaki M, Makino T, Khor SS, Toyoda H, Miyagawa T, Liu X, Kuwabara H, Kano Y, Shimada T,
Sugiyama T, Nishida H, Sugaya N, Tochigi M, Otowa T, Okazaki Y, Kaiya H, Kawamura Y, Miyashita A,
Kuwano R, Kasai K, Tanii H, Sasaki T, Honda M, Tokunaga K. Sensitivity to gene dosage and gene
expression affects genes with copy number variants observed among neuropsychiatric diseases. BMC Med- 36 -

Genomics. 2020 Mar 29;13(1):55. doi: 10.1186/s12920-020-0699-9.
21. 池内 健．認知症医療におけるバイオマーカーの必要性．神経心理学 36:20-24, 2020
22. 池内 健．神経変性疾患の疾患コホート研究．医学のあゆみ 273:105-109, 2020
23. 樋口 陽，Yusran Adyfitrah，池内 健．大脳皮質基底核変性症「難病研究の進歩」生体の科学 71:388389, 2020
24. 樋口 陽，池内 健．遺伝情報を活用した認知症予防．老年内科 2:441-446, 2020
25. 池内 健，荒木亜希．遺伝が関与する若年性認知症．精神医学62:1481-1491, 2020
26. 春日健作．アルツハイマー病の診断における脳脊髄液バイオマーカー．老年精神医学雑誌 31：
14-24，2020．
27. 春日健作，吉田卓，島田斉，藤城弘樹．症例提示－この2症例をあなたはどう診るか．老年精神医学雑誌 31：22-35，2020．
28. 宮下哲典, 原範和, 尾崎浩一. 日本人におけるアルツハイマー病感受性遺伝子. 医学のあゆみ
274(8): 675-676, 2020.
29. 宮下哲典, 原範和, 春日健作, 池内健. アルツハイマー病の原因遺伝子と感受性遺伝子 :我々の取り組みと国内外の最新事情. 新潟医学会雑誌 134(1): 13-18, 2020.

Ⅳ

共同研究

(1) 研究題目：「国際共同研究ネットワークによる家族性アルツハイマー病に関する多元的臨床デー
タ収集とトランスレーショナル研究」
研究内容：遺伝子変異が同定された家族性アルツハイマー病の家系員を対象とした縦断的コホート研究である。認知症を発症前のバイオマーカーの変化を明らかにする国際的なトランスレーショナル研究。
参加機関：東京大学、神戸市立医療センター中央市民病院、東京都健康長寿医療センター、ワ
シントン大学など(2) 研究題目：「網羅的ゲノム解析とインフォマティクス統合解析による認知症の新規病態解析」
研究内容：アルツハイマー病をはじめとする認知症のクリニカルシーケンスや網羅的ゲノム解析を行い、得られた変異・多型情報を広く共有し、有効活用するためのデータベースを構築する。
参加機関：国立長寿医療センター、大阪大学、慶應義塾大学、東京大学、東京都健康長寿医療センター、愛知医科大学、国立精神・神経医療研究センター病院、医療法人さわらび会福祉村病院など(3) 研究題目：「進行性核上性麻痺と関連タウオパチーの患者レジストリと試料レポジトリを活用した診療エビデンスの構築」
研究内容：進行性核上性麻痺及び類縁疾患を対象とした多施設共同臨床研究。当該疾患の臨床所見、画像所見、バイオマーカー変化などを明らかにする。
参画機関：鳥取大学、東名古屋病院、東京都健康長寿医療センター、自治医科大学、京都府立- 37 -

医科大学、松江医療センターなど(4) 研究題目：「プリオン病の早期診断基準の作成を目指した新たなエビデンス創出とその検証に用いる遺伝性プリオン病未発症例の臨床調査と画像・生体材料の収集」
研究内容：プリオン病の早期診断基準の作成のため、孤発性プリオン病の鑑別における臨床症
状・脳波・画像・髄液検査をベースとしたバイオマーカーの有用性の検討を行うとともに、遺伝性プリオン病の発症前または発症超早期のリスク保有者の画像検査及び生体材料を採取し、発症に至る経緯を解明する。
参画機関：長崎大学、東京医科歯科大学、金沢大学、国立精神・神経医療研究センター、福岡大学、横浜市立大学、岩手医科大学、埼玉医科大学、愛知医科大学- 38 -

動物資源開発研究分野
Ⅰ

Ⅱ

研究組織（構成員

令和3年3月31日現在）

教授

笹岡

俊邦

講師

福田

七穂

助教

小田

佳奈子

技術職員

作間

赳法

技術職員・博士課程大学院生

齊藤

奈英

技術職員

平澤

克哉

技能職員

那須野

一般職員

加藤

明子

特任助手

山本

美丘

特任助手

阿部

光寿

特任助手

内山

澄香

特任助手

鈴木

康浩

特任助手

足立

周子

特任助手

阿部

紗也香

特任助手

佐々木 綾音特任助手

桑原 沙耶香

事務補佐員

野澤

佳世

事務補佐員

久住

真由美

純映

研究活動

（１）ドーパミンは、運動機能、記憶や学習、意欲に重要な働きがあると考えられている。本分野
では、重要な神経疾患の一つであるパーキンソン病の運動障害に着目し、そのモデル動物として、ドーパミン情報を伝えるドーパミン受容体やNMDA受容体等の関連分子の遺伝子操作マウスを開発している。これらのモデル動物を用いて、大脳基底核回路の「直接路」「間接路」における標的分子の発現解析や、神経回路の働きの解析、運動や学習・記憶の行動解析を行い、運動調節の仕組み解明と治療法開発への発展を目指している。
（２）近年、マーモセットは脳研究の分野で大きく注目され、遺伝子改変動物が作出されているが、まだ限られた研究機関以外での作出は困難な状況にある。その要因は、飼育の設備、経費面に加えて、個体作製のために十分な数の受精卵を入手することが難しいという課題が挙げられる。
その解決法として、当分野ではマーモセット卵巣を免疫不全マウスに移植し、マウス体内で成熟させることによって卵子を得る方法を開発している。これまでに共同研究機関の協力でマー
モセット卵巣の分与を受け、免疫不全マウスに移植の後、ホルモン投与により成熟卵子を得て、体外受精等の方法により受精卵を得ることに成功している。
（３）RNA結合タンパク質は、神経細胞の形成や機能に重要な働きを担っており、多種の神経変性疾患においてRNA結合タンパク質の遺伝子変異が関連付けられている。当分野では神経細胞において重要な働きを担うRNA結合タンパク質の探索と解析を進めている。
（４）モデル動物の作成に必須の実験手段である、体外受精、胚移植、胚・精子の凍結保存、薬剤投与による過剰排卵、胚盤胞補完法などの発生・生殖工学技術について、先進的な実験方法の開発に努めている。
- 39 -

（５）本分野は全学共同利用の動物実験施設の管理運営を担当し、高度化した動物実験の推進のため、マウス、ラット、ウサギ、モルモット、イヌ、ブタ、ニホンザル、マーモセット、メダカなどを用いる動物実験環境を整えるとともに、上記の発生・生殖工学技術を用いた研究支援を行っている。また、近年、急速に発展しているゲノム編集法を活用した遺伝子改変動物作製についても、実験条件を整え、利用者からの依頼を受託している。
これらの実験技術を駆使して、動物実験環境をSpecific Pathogen Free (SPF)環境に保持し、かつ計画的な動物の生産による迅速な研究の実施にも貢献している｡
Ⅲ
1.

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）

Uchigashima M, Konno K, Demchak E, Cheung A, Watanabe T, Keener D G, Abe M, Sakimura K, Sasaoka T,
Uemura T, Imamura Karasawa Y, Watanabe M, Futai K.
Specific Neuroligin3-αNeurexin1 signaling regulates GABAergic synaptic function in mouse
hippocampus. Elife 2020 Dec 23;9:e59545. doi: 10.7554/eLife.59545.

2.

Ran Q, Zhou Q, Oda K, Yasue A, Abe M, Ye X, Li Y, Sasaoka T, Sakimura K, Ajioka Y, Saijo Y.
Generation of thyroid tissues from embryonic stem cells via blastocyst complementation in vivo.
Frontiers in Endocrinology, section Thyroid Endocrinology,2020 Frontiers in Endocrinology 14
December 2020 https://doi.org/10.3389/fendo.2020.609697

3.

齊藤 奈英, 笹岡 俊邦
ド ー パ ミ ン お よ び NMDA 受 容 体 と 大 脳 基 底 核 回 路 の 機 能 解 析 BRAIN and NERVE 72 巻 11
号 1135-1142（2020年11月）DOI https://doi.org/10.11477/mf.1416201666

4.

Yamaguchi T, Sumida T, Nomura S, Satoh M, Higo T, Ito M, Ko T, Fujita K, Haywood M, Sanbe A,
Yoshimi K, Manabe I, Sasaoka T, Taylor M, Toko H, Takimoto E, Naito A, Komuro I.
Cardiac Dopamine D1 Receptor Triggers Ventricular Arrhythmia in Chronic Heart Failure. Nature
Communications, 2020 Aug 31; 11(1):4364. doi: 10.1038/s41467-020-18128-x.

5.

Saito N, Tainaka K, Macpherson T, Hikida T, Yamaguchi S, Sasaoka T.
Neurotransmission through dopamine D1 receptor is required for aversive memory formation and Arc
activation

in

the

cerebralcortex.

Neuroscience

Research 2020

Jul;

156:58-65.

doi:

10.1016/j.neures.2020.04.006.
6.

Kitahara A, Ran Q, Oda K, Yasue A, Abe M, Ye X, Sasaoka T, Tsuchida M, Sakimura K, Ajioka Y, Saijo
Y, Zhou Q.
Generation of Lungs by Blastocyst Complementation in Apneumic Fgf10-Deficient Mice. Cell Reports
2020 May 12;31(6):107626. doi: 10.1016/j.celrep.2020.107626.

Ⅳ

共同研究

以下の新潟大学脳研究所共同利用共同研究課題、および国際共同研究課題について、主に遺伝子改変マウス作成・解析実験、胚操作実験技術を利用して研究を推進している。

- 40 -

(1) 令和２年度 共同利用・共同研究（プロジェクト型）
遺伝子改変マウスを用いた大脳基底核疾患の病態生理の解析研究代表者：知見 聡美 助教（生理学研究所）(2) 令和２年度 共同利用・共同研究（連携資源利用型）
モノアミン神経伝達物質合成関連遺伝子の組織特異的破壊による生理機能変化の解析
研究代表者：一瀬宏 教授 (東京工業大学生命理工学院)(3) 令和２年度 共同利用・共同研究（連携資源利用型）
脳研究に必須な遺伝子改変マウスの系統保存に重要な培養条件の検討
研究代表者：久慈 直昭 教授（東京医科大学）
他17件- 41 -

モデル動物開発分野
Ⅰ

Ⅱ

研究組織（構成員

令和3年3月31日現在）

教授（兼）

笹岡

俊邦

実験補助

矢部

恵稚子

准教授

阿部

学

実験補助

大堀

千洋

助教

中務

胞

実験補助

石本

菜穂子

特任助教

川村

名子

実験補助

早川

香織

技術職員

夏目

里恵

実験補助

小幡

桃子

フェロー

﨑村

建司

実験補助

小林

智子

非常勤講師

田中

惠子

実験補助

渡邉

ユリ

特任助手

望月

雪絵

研究活動

本分野では脳機能の分子機構解明を目的として、現分野の前身である旧細胞神経生物学分野より継続して多方向から研究を展開しており、それは大きく分けて４つに分類される。第１は、シナプ
ス伝達、可塑性調節、シナプス形成に関与する分子群の機能を個体レベルで検証するために、当該分子を標的とした遺伝子改変マウスを作製して解析をおこなう研究である。第2は、脳におけるグルタミン酸受容体分子群の機能を正しく評価するためにおこなう当該タンパクの定量である。第3は、新たな脳機能解析に資するモデル動物を作製するための技術開発である。第4は、我々の持つ脳機能解析に特化した遺伝子改変マウス作製技術とリソースを研究者コミュニティーに供与する支援活動である。以下にその内容を述べる。
１）

シナプス伝達、可塑性調節、シナプス形成に関与する分子群の機能を個体レベルで検証する研究では、我々の持つ高度な遺伝子改変技術を用いて、複雑なコンディショナルノックアウト
や標的分子の一部機能の制御などが可能なマウスを作出し、共同研究ベースで解析をおこない多くの成果をあげた。
２）グルタミン酸受容体は興奮性シナプス伝達の基盤を担う分子群であり、我々はこれら分子のクローニングを端緒として長くその機能を解析し、多くのことを明らかにしてきた。しかし、分子レベルでの機能を正しく評価するためには、働いているグルタミン酸受容体の分子組成が明確でなければならない。この問題を解決するために、グルタミン酸受容体チャネルを構成す
るサブユニットの定量をおこなってきた。これまでに、特異抗体を用いた定量的ウエスタンブ
ロット法を開発し、脳の部位や細胞画分におけるAMPA型、NMDA型、カイニン酸型、デルタ型を構成する各サブユニットタンパクの定量を行なっている。
３）

新たな脳機能解析に資するモデル動物を作製するための技術開発を行ってきた。遺伝子ノッ

クアウトマウスは、現在脳機能解析の中心となっているが、より高度な解析を遂行するためにはマウスより賢く、大きな動物が求められてきた。その代表がラットである。ラットは、マウスより大きく外科的な処置や経時的な生体試料の取得などが容易であり、何よりも賢く複雑な行動解析が可能になる。遺伝子改変ラットは長く求められていたが、ES細胞の樹立が困難でな
かなか成就しなかった。しかし最近のiPS細胞の研究の進展により、未分化状態を保つ様々な薬剤が開発されたことでES細胞が樹立されてノックアウトラットが現実のものになった。しかし、- 42 -

遺伝子改変ラットの樹立には膨大な経費と時間が掛かる難点がある。我々は、遺伝子改変ラットを安価かつ容易に作製する方法を確立し、ノックアウトマウスと同様の感覚でノックアウト
ラットを研究リソースとして利用できる基盤を作ることを計画した。そのために、SD、BN、
Wistarラットなど複数の系統からES細胞を樹立し、相同組換えによる遺伝子改変ラット作製法を確立した。さらに、精巣形成不全マウスにラットES細胞を導入して胚盤胞補完法によりマウス体内でラット精子を作出し、顕微授精に適用することで産子が得られたことから、安価で容易に遺伝子改変ラットが作製できる技術の開発に成功したと言える。また、この技術を最近ヒ
ト脳機能解析のモデル動物として注目されている霊長類のマーモセットに応用しようと現在取り組んでいる。従来廃棄されていた実験死動物や病死したマーモセット卵巣の供与を受け、それらの卵巣をヌードマウスに移植して成熟卵を取得する手法の開発をおこなっている。また、
胚盤胞補完法により遺伝子改変マーモセットの精子を取得すべく基礎的な条件検討をおこなっている。
４）

我々は、C57BL/6系統マウスから独自にES細胞株RENKAを樹立して、コンディショナルノ

ックアウトを中心に脳機能解析に資する遺伝子改変マウスを500系統以上樹立して脳研究コミュ
ニティーに供与してきた。これらの活動は、新学術研究「包括脳」、それに引き続き新学術研究「モデル動物支援プラットフォーム」の事業として継続されている。さらに新潟大学脳研究所
共同利用・共同研究の柱の一つとして支援事業展開をおこなっている。この10年間で包括脳、マウス作製支援プラットフォーム事業として合計161件（令和2年度、19件）のマウス作製支援をおこなった。さらに、脳研究所の事業である全国共同利用・共同研究で合計86件（令和2年度、5件）の支援をおこなった。
以上、この10年間これら4方面から遂行した研究の成果として、いわゆる一流紙を含めて176編（令和2年度、15編）の論文を発表することができた。
Ⅲ
1.

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）

Yamashiro, K., Hori, K., Lai, E.S.K., Aoki, R., Shimaoka, K., Arimura, N., Egusa, S.F., Sakamoto, A., Abe,
M., Sakimura, K., et al. (2020). AUTS2 Governs Cerebellar Development, Purkinje Cell Maturation, Motor
Function and Social Communication. iScience 23, 101820.

2.

Uchigashima, M., Konno, K., Demchak, E., Cheung, A., Watanabe, T., Keener, D.G., Abe, M., Le, T.,
Sakimura, K., Sasaoka, T., et al. (2020). Specific Neuroligin3-αNeurexin1 signaling regulates GABAergic
synaptic function in mouse hippocampus. eLife 9, e59545.

3.

Takahashi, T.M., Sunagawa, G.A., Soya, S., Abe, M., Sakurai, K., Ishikawa, K., Yanagisawa, M., Hama,
H., Hasegawa, E., Miyawaki, A., et al. (2020). A discrete neuronal circuit induces a hibernation-like statein rodents. Nature 583, 109-114.

4.

Ran, Q., Zhou, Q., Oda, K., Yasue, A., Abe, M., Ye, X., Li, Y., Sasaoka, T., Sakimura, K., Ajioka, Y., et al.
(2020). Generation of Thyroid Tissues From Embryonic Stem Cells via Blastocyst Complementation In
Vivo. Front Endocrinol (Lausanne) 11, 609697.

5.

Nakamoto, C., Konno, K., Miyazaki, T., Nakatsukasa, E., Natsume, R., Abe, M., Kawamura, M., Fukazawa,- 43 -

Y., Shigemoto, R., Yamasaki, M., et al. (2020). Expression mapping, quantification, and complex formationof GluD1 and GluD2 glutamate receptors in adult mouse brain. The Journal of comparative neurology 528,
1003-1027.
6.

Nakamoto, C., Kawamura, M., Nakatsukasa, E., Natsume, R., Takao, K., Watanabe, M., Abe, M., Takeuchi,T., and Sakimura, K. (2020). GluD1 knockout mice with a pure C57BL/6N background show impaired fear
memory, social interaction, and enhanced depressive-like behavior. PloS one 15, e0229288.

7.

Luo, L., Ambrozkiewicz, M.C., Benseler, F., Chen, C., Dumontier, E., Falkner, S., Furlanis, E., Gomez,
A.M., Hoshina, N., Huang, W.H., et al. (2020). Optimizing Nervous System-Specific Gene Targeting withCre Driver Lines: Prevalence of Germline Recombination and Influencing Factors. Neuron 106, 37-65.e35.

8.

Kitahara, A., Ran, Q., Oda, K., Yasue, A., Abe, M., Ye, X., Sasaoka, T., Tsuchida, M., Sakimura, K., Ajioka,Y., et al. (2020). Generation of Lungs by Blastocyst Complementation in Apneumic Fgf10-Deficient Mice.
Cell reports 31, 107626.

9.

Kiguchi, N., Uta, D., Ding, H., Uchida, H., Saika, F., Matsuzaki, S., Fukazawa, Y., Abe, M., Sakimura, K.,
Ko, M.C., et al. (2020). GRP receptor and AMPA receptor cooperatively regulate itch-responsive neurons
in the spinal dorsal horn. Neuropharmacology 170, 108025.

10. Kawai, T., Kayama, K., Tatsumi, S., Akter, S., Miyawaki, N., Okochi, Y., Abe, M., Sakimura, K.,
Yamamoto, H., Kihara, S., et al. (2020). Regulation of hepatic oxidative stress by voltage-gated proton
channels (Hv1/VSOP) in Kupffer cells and its potential relationship with glucose metabolism. FASEB
journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology 34, 1580515821.
11. Ikegaya, S., Iga, Y., Mikawa, S., Zhou, L., Abe, M., Sakimura, K., Sato, K., and Yamagishi, S. (2020).
Decreased Proliferation in the Neurogenic Niche, Disorganized Neuroblast Migration, and Increased
Oligodendrogenesis in Adult Netrin-5-Deficient Mice. Frontiers in neuroscience 14, 570974.
12. Ikeda, H., Yonemochi, N., Mikami, R., Abe, M., Kawamura, M., Natsume, R., Sakimura, K., Waddington,
J.L., and Kamei, J. (2020). Central dopamine D(2) receptors regulate plasma glucose levels in mice throughautonomic nerves. Scientific reports 10, 22347.
13. Horie, M., Yoshioka, N., Kusumi, S., Sano, H., Kurose, M., Watanabe-Iida, I., Hossain, I., Chiken, S., Abe,
M., Yamamura, K., et al. (2020). Disruption of dystonin in Schwann cells results in late-onset neuropathy
and sensory ataxia. Glia 68, 2330-2344.
14. Hori, K., Yamashiro, K., Nagai, T., Shan, W., Egusa, S.F., Shimaoka, K., Kuniishi, H., Sekiguchi, M., Go,
Y., Tatsumoto, S., et al. (2020). AUTS2 Regulation of Synapses for Proper Synaptic Inputs and Social
Communication. iScience 23, 101183.
15. Hirose, Y., Kitazono, T., Sezaki, M., Abe, M., Sakimura, K., Funato, H., Handa, H., Vogt, K.E., andYanagisawa, M. (2020). Hypnotic effect of thalidomide is independent of teratogenic ubiquitin/proteasome- 44 -

pathway. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 117, 2310623112.metry Imaging. iScience 20, 359-372, doi:10.1016/j.isci.2019.09.036 (2019).

Ⅳ

共同研究

（1）研究題目「新潟大学脳研究所

共同利用・共同研究」

研究内容

C57BL/6系統ES細胞を用いた遺伝子改変マウスの作製支援

参加機関

東京大学、東北大学、北海道大学、関西医科大学（2）研究題目「学術研究支援基盤形成「モデル動物支援プラットフォーム」」

研究内容

高品質遺伝子改変マウス作製

参加機関

東京大学、京都大学、大阪大学、新潟大学、他（3）研究題目
研究内容「遺伝子改変動物の作製に有用なＥＳ細胞の作成・評価」
C57BL/6由来ES細胞RENKAを用いた、遺伝子改変マウス作製方法に関する新規技術開発

参加機関（4）研究題目

株式会社トランスジェニック、新潟大学「自己免疫性脳炎の診断方法の確立」

研究内容

自己免疫性脳炎の原因と考えられる各種高原の測定方法を確立し、参加機関

臨床現場で利用可能にする
株式会社コスミックコーポレーション、新潟大学- 45 -

分子神経疾患資源解析学分野
Ⅰ

Ⅱ

研究組織（構成員

令和3年3月31日現在）

教授

小野寺

理 (兼任)

助教

須貝

章弘

特任准教授

加藤

泰介

特任助手

廣川

祥子

研究活動
本教室は神経疾患の分子生物学的解析により、病態機序を明らかにし、最終的には神経疾患の有効な治療方法の開発を行うこと目的としている。本学脳研究所神経内科学教室と共に、臨床との融合拠点として活動を推進している。また病理学教室、動物実験施設、遺伝子実験施設を中心とする、脳研究所の各教室、および国内、国外の研究室とも共同研究を推進している。
当施設では特に遺伝性脳小血管病、筋萎縮性側索硬化症（ALS）、脊髄小脳変性症の各疾患について研究を推進している。
脳小血管の異常で引き起こされる病態である脳小血管病は、一般的には老化や生活習慣病などが原因であるが、一部は単一遺伝子異常により引き起こされる。当施設ではこのうち、
high-temperature requirement A serine peptidase 1 （ HTRA1 ） の 遺 伝 子 変 異 で 生 じ る cerebral
autosomal recessive arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy（CARASIL）を主
要な研究対象としており、原著論文と総説を発表した。また、Retinal vasculopathy with cerebral
leukoencephalopathy（RVCL）の原因遺伝子であるthree-prime repair exonuclease-1（TREX1）の毒性機能獲得メカニズムを研究に取り組んでいる。遺伝子遺伝性脳小血管病を疑った症例の遺伝
子サンプルを全国から収集し、エクソーム解析、分子病態機序の解析、臨床症状との対応を検討している。日本における遺伝性脳小血管病についての調査を行っている。
運動ニューロンが選択的に変性する難治性の神経変性疾患であるALSに対しては、その病態の主体であるTDP-43を中心に研究を進めている。TDP-43発現調整機構の解明から、ALS病態における意義、これを踏まえた治療戦略を研究している。臨床から基礎、基礎から臨床への応用という両方からの視点をもった研究を展開している。また、病理学分野と連携し、病理学的に診断が確定したALS連続症例における原因遺伝子の解析を行っている。
常染色体優性遺伝性の脊髄小脳変性症であるDRPLA (歯状核赤核・淡蒼球ルイ体委縮症)に対して、ゲノム編集技術を用いた治療法の開発を行っている。また、脊髄小脳変性症の原因タ
ンパク質に関連するエクソソームの研究を行っている。

Ⅲ

論文（原著、総説、症例報告を区別しない）

1. Masahiro Uemura, Hiroaki Nozaki, Taisuke Kato, Akihide Koyama, Naoko Sakai, Shoichiro Ando,
Masato Kanazawa, Nozomi Hishikawa, Yoshinori Nishimoto, Kiran Polavarapu, Atchayaram Nalini,
Akira Hanazono, Daisuke Kuzume, Akihiro Shindo, Mohammad El-Ghanem, Arata Abe, Aki Sato, Mari
Yoshida, Takeshi Ikeuchi, Ikuko Mizuta, Toshiki Mizuno, Osamu Onodera. HTRA1-Related Cerebral
Small Vessel Disease: A Review of the Literature. Frontiers in neurology 2020. 11 545-545.
2. Taisuke Kato, Yumi Sekine, Hiroaki Nozaki, Masahiro Uemura, Shoichiro Ando, Sachiko Hirokawa,- 46 -

Osamu Onodera. Excessive Production of Transforming Growth Factor β1 Causes Mural Cell Depletion
From Cerebral Small Vessels. Frontiers in aging neuroscience 2020. 12 151-151.
3. Kosei Nakamura, Akihiro Sugai, Etsuji Saji, Kensaku Kasuga, Osamu Onodera. Refractory Myositis
Affecting the Intrinsic Muscles of the Hand. Internal medicine (Tokyo, Japan) 2020. 59(9) 1211-1214.
4. Yuya Hatano, Akihiro Sugai, Takuma Yamagishi, Akihiro Nakajima, Akiyoshi Kakita, Osamu Onodera.
[Amyloid β-related angiitis presenting extensive brain involvement without detection of hemorrhagic
lesions: A case report]. Rinsho shinkeigaku = Clinical neurology 2020. 60(3) 187-192.
5. Sou Kasahara, Tomohiko Ishihara, Yuka Koike, Akihiro Sugai, Osamu Onodera. [Molecular mechanismof amyotrophic lateral sclerosis (ALS) from the viewpoint of the formation and degeneration oftransactive response DNA-binding protein 43 kDa (TDP-43) inclusions]. Rinsho shinkeigaku = Clinicalneurology 2020. 60(2) 109-116.
Ⅳ
1.

2.

3.

共同研究
研究題目

「HtrA1欠損マウスにおける脳小血管の機能解析」

研究内容

CARASILモデルマウスにおける脳血流の解析

参加機関

国立循環器病循環器病研究センター

研究題目「神経疾患患者からのiPS細胞の樹立とそれを用いた疾患解析に関する研究」

研究内容

遺伝性神経疾患患者からのiPS細胞の樹立とそれを用いた疾患解析

参加機関

慶應義塾大学

研究題目「ゲノム編集を介した遺伝子サイレンシングによるDRPLA治療法の開発」

研究内容

ウィルスベクター投与による変異ヒトATN1遺伝子ゲノム編集

参加機関

生理学研究所、東京大学- 47 -

脳病態解析分野
Ⅰ

Ⅱ

研究組織（構成員

令和3年3月31日現在）

教授

松井

秀彰

准教授

菱田

竜一

准教授

杉江

淳

助教

土肥

栄祐

学振PD特別研究員

新田陽平

遺伝医療支援センター医員

入月

浩美

小児科博士課程

古寺一樹

脳神経内科博士課程

加藤

怜

実験補助

松井

典子

実験補助

小林

科野

実験補助

杉江

歩美

研究活動

松井グループ
私達は試験管、培養細胞、モデル動物（小型魚類、ハエ、マウスなど）、ヒトサンプルと様々な研究対象を解析することで、ヒトの脳内で起きている現象を明らかにしようとしている。特に脳・神経機能の異常によっておこる疾患や障害の原因を明らかにし、その治療や理解に結びつける。現在最も力を入れているのは、パーキンソン病などの神経変性疾患、自閉症などの小児神経精神疾患、全身の老化および加齢関連疾患である。
我々人類は系統図において魚類を経て進化してきた。確かにヒトにしかない構造物もあるにはある。しかし実はほとんどの脳・神経の構造や機能は既に魚の段階から存在する。さらに小型魚類においてヒト疾患と同様の病態を再現することも可能である。私達の研究室では小型魚類を中心に様々な研究材料を駆使し、そこにおいて再現されるヒト疾患の病態を解明しさらに治療することで、これまで難しかったヒト神経精神疾患・障害・加齢関連の難治性疾患等の治療や理解につなげていく。
杉江グループ脳の神経回路は、通常は生涯に渡ってその機能を維持し続ける。そのためターンオーバーによって健常な組織を維持する他の体細胞と異なり、回路を形成している神経細胞は独自の細胞間相互作
用によって長期的に健康状態を保つメカニズムを有していると考えられる。これが破綻すると老化または神経変性疾患や精神疾患へと繋がることが予想される。しかし、神経細胞を維持するために機能する細胞間コミュニケーション機構は調査に要する期間が非常に長く、十分解明されていない。
私達は個体の生活環サイクルが短く重複遺伝子が少ないショウジョウバエのメリットを活かし、複雑な遺伝子解析を迅速に推進しこの問題に取り組んでいる。そして、神経細胞間で情報伝達の場となるシナプスや、隣接細胞間を隔てる細胞膜を構成するリン脂質の代謝に焦点を当てた細胞間相互作用解明に向けた研究を進めている。これらの研究から、シナプスや脂質代謝の適切な調節による新規神経保護の分子基盤の知見の提案し、従来説明がつかなかった神経変性疾患や精神疾患の脳回路で起こる障害の実体解明につなげることを目指す。
Ⅲ 論文（原著、総説、症例報告を区別しない）
1: Sato, H., Kamimura, K., Matsui, H., Owaki, T., Morita, S., Tanaka, Y., Ishikawa, N., Shimada, Y.,
Yokoyama, J., Wakai, T., Terai, S. Esophageal High-resolution Manometry for Diagnosing the Severity of theChronic Intestinal Pseudo-obstruction: A Case Series. Digest. Dis. Sci.
- 48 -

2: Nyuzuki, H., Ito, S., Nagasaki, K., Nitta, Y., Matsui, N., Saitoh, A., Matsui, H.* Degeneration of
dopaminergic neurons and impaired intracellular trafficking in Atp13a2 deficient zebrafish . IBRO Rep. 9:1-8,
2020.
Ⅳ

共同研究

(1) 研究題目：「ヒトと魚類の比較検討によるパーキンソン病の病因解明」
研究内容：パーキンソン病に対して様々なステップにおいて介入することを目的とし、その病態研究をヒトサンプルと小型魚類などを活用して行う。
参加機関：武田薬品工業株式会社(2) 研究題目：「PI4P 駆動型脂質対向輸送システムの分子機構とその生理機能の解明」
研究内容：小胞体と細胞膜が近接した膜接触部位において，異なる脂質が小胞体と細胞膜の間で交換輸送される仕組み（脂質対向輸送機構）とその生理的機能を明らかする。
参加機関：新潟大学大学院医歯学総合研究科 分子細胞機能学 中津史准教授(3) 研究題目：「自律神経調節による非アルコール性脂肪性肝疾患の治療への基盤研究」
研究内容：肝臓、神経、腸管などの臓器連関に注目し、非アルコール性脂肪性肝疾患の病態解明を行う。
参加機関：新潟大学大学院医歯学総合研究科 消化器内科学分野 寺井崇二教授、新潟大学医学部医学科
総合診療学講座 上村顕也特任教授(4) 研究題目：「シヌクレイノパチーにおける病態伝播マスター遺伝⼦の網羅的探索」
研究内容：αシヌクレインによる病態伝播に関わる因子を特定し、伝播機序を明らかにする。
参加機関：大阪大学 永井義隆教授、東京都医学総合研究所 鈴木マリ主任研究員(5) 研究題目：「モデル動物等研究コーディネーティングネットワークによる希少・未診断疾患の病因遺伝子変異候補の機能解析研究」
研究内容：未診断疾患の原因となる可能性のある遺伝子変異の効果を評価し、確定診断につなげる。
参加機関：国立遺伝学研究所 井ノ上逸朗教授- 49 -

３．社会との連携
新潟神経学脳研セミナー
共同研究拠点国際シンポジウム
脳研究所・生理学研究所・霊長類研究所合同シンポジウム
新潟ジュニアドクター育成塾
スーパーサイエンスハイスクール（SSH）事業
見てみようヒトの脳と心- 50 -

- 51 -

- 52 -

第11回新潟大学脳研究所共同研究拠点国際シンポジウム "From single cell to systems neuroscience"
2021年2月19日（金）Japan time
9:00

9:10 Opening Remark

Osamu Onodera

BRI, Niigata Univ.

9:10

9:50 New tools for monitoring & manipulating neural circuits

Loren Looger

HHMI Janelia, UCSD

Hirofumi Morishita

Mount Sinai, NY

9:50 10:20 Mechanisms Driving Cognitive Control Circuit Maturation
Rest 10 min
Extra-large spines distort dendritic and neuronal computation in psychiatric disorders:Reconsideration of pathophysiology of schizophrenia
Regulatory mechanism of neural stem cells revealed by optical manipulation of gene
11:00 11:30
expressions

10:30 11:00

Akiko Hayashi-Takagi RIKEN
Itaru Imayoshi

Kyoto Univ.

Kazunari Miyamichi

RIKEN

13:00 13:40 A trans-scale-scope for exploring rare cellular activity in more than one million cells

Takeharu Nagai

Osaka Univ.

13:40 14:20 Development of fluorescent probes for live imaging of cellular states

Yasushi Okada

RIKEN/Univ. Tokyo

14:20 14:50 Thalamic regulation of sleep and wakefulness

Sakiko Honjoh

Univ. Tsukuba IIIS

Yukiko Goda

RIKEN

11:30 12:00 Neural Circuit Dynamics in Life-stage Transition to Parents- 53 -

Lunch 60 min

Rest 5 min
14:55 15:35 Rules for distributing synaptic weights in hippocampal neurons

Fast, cell-resolution, contiguously-wide two-photon imaging for understanding functional
Masanori Murayama
cortical network architecturesin vivo two-photon microscopic observation by realized by laser light modulation and16:05 16:45
Tomomi Nemotonovel material
Rest 5 min
15:35 16:05

RIKEN
NINS-ExCELLS

16:50 17:20 Persistent coding of spatial goals in ensemble dynamics of prefrontal cortex

Hiroshi Ito

Max Planck, Frankfurt

17:20 18:00 Nanoscale functional neuroanatomy using STED microscopy

Valentin Nägerl

Univ. Bordeaux

18:00 18:10 Closing Remark

Takayasu Mikuni

BRI, Niigata Univ.

- 54 -

- 55 -

- 56 -

- 57 -

- 58 -

新潟ジュニアドクター育成塾
新潟ジュニアドクター育成塾は，国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）次世代人材育成事業の平成31年度採択事業としてスタートし，新潟大学理学部が中心となって実施している事業です。
新潟や近隣県の意欲ある小中学生を対象に，生物多様性などの課題をグローバルな視点で理解し，自然と人間を愛し，共生を実現する未来の科学人材の育成を目的としています。新潟大学を中心に，連携大学（福島大学，新潟薬科大学，新潟工科大学）と県内の博物館・植物園・企業などが協力して，地域の特色を活かした教育プログラムを提供するものです。
脳研究所では，新潟ジュニアドクター育成塾のマス
タープログラムの一環である「見てみよう！ヒトの脳と心～ヒトの脳を見てその不思議を感じ考えよう～」と題した体験学習をオンラインにて開催しました。

スーパーサイエンスハイスクール(SSH）事業
脳研究所では，県内の高等学校との教育連携活動
を積極的に実施しています。
SSH指定校に対して研修プログラムを実施したり，その他の高等学校へも出前講義を行う等の活動を通して，高校生が大学の教育・研究に触れることのできる機会を提供しています。

見てみようヒトの脳と心「世界脳週間」の趣旨に沿って、高校生・大学生を対象にわかりやすく最先端の脳研究を紹介し，少しでも脳と心の科学に興味を持ってもらおうとイベン
トとして企画しているものです。毎年3月に実施しており，今年は脳に関する講演をオンラインで開催しました。講演を通して，脳研究の一端に触れていただくことができました。

- 59 -

４．共同利用・共同研究拠点
脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点
プロジェクト型共同研究
連携資源利用型共同研究
国際共同研究- 60 -

令和2年度 新潟大学脳研究所共同利用・共同研究採択者一覧
プロジェクト型
研究代表者

研究課題名

所属

所内対応教員
職名

氏名

分野名

氏名

遺伝子機能解析学分野 池内健

文杰分子神経生物学分野

那波

宏之

星

美奈子

病理学分野

柿田

明美

タウオパチーおける海馬由来コリン作動性 神経刺激ペプチド関連因子の動態

名古屋市立大学教授

松川

統合失調症モデル動物を用いた幻聴の神経基盤に関する研究

熊本大学

教授

宋

アルツハイマー病脳におけるアミロスフェロイド形成と神経細胞障害の時空間的解析

公益財団法人神戸医療産業都市
部長
推進機構

則之

筋萎縮性側索硬化症 (ALS) 細胞質TDP-43凝集体形成を抑制する分子の同定と機能解
杏林大学
析

教授

渡部

和彦

病理学分野

柿田

明美

手術安全と教育を目的とした深層学習による顕微鏡手術映像解析研究

北海道大学病院助教

杉山拓

脳機能解析学分野

松澤等

内因的行動の神経基盤の解明

中京大学

任期制講師 酒多穂波

統合脳機能研究センター 伊藤浩介

新しいフェロトーシス阻害システムによる神経細胞保護の検討

群馬大学

教授

鳥居

征司

脳神経内科学分野

金澤雅人

慢性疼痛関連分子を標的とした脳および脊髄での機能的解明

関西医科大学

准教授

片野

泰代

モデル動物開発分野

阿部学

側頭葉てんかんにおけるてんかん焦点の可視化ーmultimodalityを用いた術前評価に 国立病院機構西新潟中央病院脳神経部長
よる外科手術の成績向上に向けてー
神経外科

福多

真史

脳神経外科学分野

藤井幸彦

微小管結合タンパク質を中心としたゲノム解析と機能解析

同志社大学生命医科学部

准教授

宮坂

知宏

遺伝子機能解析学分野 宮下哲典

神経回路精緻化メカニズムの遺伝学的解析

国立遺伝学研究所

教授

岩里

琢治

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

アルツハイマー病タウ蓄積および変性に対するaquaporin-4機能促進薬TGN-073の効
果の検証

東京大学

助教

山田

薫

生体磁気共鳴学分野

SCA42モデルマウス解析を通じた脊髄小脳変性症治療法の開発

公立大学法人横浜市立大学

准教授

土井

宏

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

ミクログリア機能修飾によるタウ病態の変化の検討

量子科学技術研究開発機構・放研究員
射線医学総合研究所

高堂裕平

脳神経内科学分野

金澤雅人

脳神経疾患における銅局在のシンクロトロン放射光による解析

藤田医科大学

教授

松浦

晃洋

病理学分野

柿田

明美

脳梁膨大後皮質におけるグルタミン酸受容体GluD2による入力選択的回路形成機構

北海道大学大学院医学研究院

教授

渡辺

雅彦

モデル動物開発分野

阿部学

マルチモーダルな脳画像と脳機能データを用いたマルチモーダル機械学習

東京医科歯科大学

助教

服部

高明

脳機能解析学分野

松澤等

認知症の解明と精密医療実現を目的としたゲノム-オミクス解析

国立長寿医療研究センター

部長

尾崎

浩一

遺伝子機能解析学分野 宮下哲典

Experimental autoimmune encephalomyelitisマウスの作成およびそれを用いた治療
藤田医科大学
法開発

教授

鈴木

元

動物資源開発研究分野 笹岡俊邦

遺伝性脳小血管病モデル動物を用いた脳卒中・認知症の新規治療法の開発

国立循環器病研究センター

部長

猪原

匡史

脳神経内科学分野

小野寺理

GABA仮説に基づいた統合失調症モデルラットの病態解析

群馬大学

教授

柳川

右千夫

分子神経生物学分野

那波宏之

高磁場MRIを用いた発達障害に伴う統合的脳機能に関する研究

国立成育医療研究センター

副院長・統
小枝
括部長

達也

統合脳機能研究センター 鈴木雄治

タウオパチー病理組織標本を用いたタウPET画像病理相関解析

量子科学技術研究開発機構・放部長
射線医学総合研究所

樋口真人

脳疾患標本資源解析学分野 柿田明美

ストレス応答におけるドーパミン受容体の役割の解明

北里大学

准教授

板倉

誠

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

シヌクレイノパチーにおける異常蓄積タンパク質の排出亢進と治療法の開発

弘前大学

助教

丹治

邦和

病理学分野

明美

血漿中ILEI定量による高齢者認知機能障害の初期サロゲイトマーカーとしての検証

滋賀医科大学教授

西村正樹

遺伝子機能解析学分野 池内健

アルツハイマー病に関連するゲノム情報を駆使した多遺伝子解析

大阪大学

特任講師
(常勤)

菊地

正隆

遺伝子機能解析学分野 宮下哲典

臨床応用に資する[11C]TGN-020の迅速かつ高収量な製造合成法の開発

福島県立医科大学

教授

久保

均

生体磁気共鳴学分野

五十嵐

神経変性疾患特異蛋白と神経細胞脱落：ヒト基底核における定量的検討

信州大学

特任教授

小柳

清光

病理学分野

柿田

明美

脳由来の血中糖タンパク質の網羅的な同定方法の確立

関西医科大学

准教授

赤間

智也

モデル動物開発分野

阿部学

睡眠覚醒と記憶制御に関わる視床下部神経の動作原理解明

名古屋大学

教授

山中

章弘

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

精神疾患死後脳の分子プロファイル解析

福島県立医科大学会津医療セン
准教授
ター

國井

泰人

病理学分野

柿田

明美

遺伝子改変マウスを用いた大脳基底核疾患の病態生理の解析

自然科学研究機構
所

知見

聡美

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦- 61 -

生理学研究

助教

五十嵐

柿田

博中

博中

研究代表者

研究課題名

所属

所内対応教員
職名

氏名

分野名

氏名

歯状回顆粒細胞の興奮性に対するdiacylglycerol lipase alpha の役割の解明

東京大学

助教

菅谷

佑樹

モデル動物開発分野

阿部学

タウ凝集体の伝播におけるミクログリアの役割

鹿児島大学医歯学総合研究科

助教

松本

信英

病理学分野

柿田

明美

遺伝子改変技術による生体リズム中枢の分子機構の解析

京都大学

特任教授

岡村

均

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

腸内細菌叢および腸管上皮細胞からのDAMPs制御による脳虚血病巣進展への影響

日本医科大学大学院

准教授

西山

康裕

統合脳機能研究センター 五十嵐

孤発性ALS患者で見出された新規microRNAの機能解析

岐阜薬科大学

教授

保住

功

病理学分野

柿田

明美

高磁場MRIを用いたてんかん原性部位及び機能部位との関係の研究

静岡てんかん・神経医療セン
ター

医長

臼井

直敬

統合脳機能研究センター 鈴木雄治

中枢神経原発悪性リンパ腫におけるTACC 3発現とその臨床病理学的意義

久留米大学

教授

杉田

保雄

病理学分野

柿田

明美

超偏極低分子化合物の生体トレーサーとしての応用を目指した基礎検討

量子科学技術研究開発機構・放 チームリー青木
射線医学総合研究所
ダー

伊知男

生体磁気共鳴学分野

五十嵐
藤井

博中

博中

NF-kB活性化を標的とした中枢神経原発悪性リンパ腫治療法の開発に向けた多施設共
横浜市立大学大学院医学研究科 助教
同研究

立石

健祐

脳神経外科学分野

特発性正常圧水頭症患者脳脊髄液中のバイオマーカー診断と重症度分類の確立

順天堂大学

中島

円

遺伝子機能解析学分野 池内健

Boron neutron capture therapy (BNCT)が播種・浸潤に及ぼす効果の検討

京都大学複合原子力科学研究所 助教

近藤夏子

脳神経外科学分野

棗田

学

RNA-Seq解析を用いるがん性疼痛と難治性神経障害性疼痛に関連分子の探索・同定

大阪医科大学

客員教授

伊藤

誠二

遺伝子機能解析学分野 池内

健認知症関連疾患リスク遺伝子（特にACE, ABCA7、FUSに関して）検索

名古屋市立大学

教授

赤津

裕康

遺伝子機能解析学分野 宮下哲典

筋強直性ジストロフィーにおけるタウ病変の評価

量子科学技術研究開発機構・放研究員
射線医学総合研究所

高堂

裕平

病理学分野

宏

准教授

清水

幸彦

連携資源利用型
研究代表者

研究課題名

所属

所内対応教員
職名

氏名

分野名

氏名

脳研究に必須な遺伝子改変マウスの系統保存に重要な培養条件の検討

東京医科大学教授

久慈直昭

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

神経変性疾患モデルマウスのヒト疾患との連関

昭和大学

准教授

大滝

博和

病理学分野

柿田

明美

統合失調症モデルザルの脳病理学的変化の研究

京都大学霊長類研究所

教授

中村

克樹

病理学分野

柿田

明美

脳腫瘍の原因遺伝子変異を特異的に抑制するsiRNA核酸医薬品開発

東京大学

准教授

程

久美子

脳神経外科学分野

藤井幸彦

疾患モデル動物の作製、保存、繁殖に関する最先端技術の開発

熊本大学

講師

竹尾

透

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

筋萎縮性側索硬化症におけるイノシトール6リン酸キナーゼの役割

東海大学医学部

教授

永田

栄一郎

病理学分野

柿田

明美

ヒト特異的な脳細胞は果たしてあるのか？シングルセル比較トランスクリプトー
ム・エピゲノム解析

自然科学研究機構

特任准教授 郷

病理学分野

柿田

明美

脳神経筋疾患モデルマウスにおける超過剰排卵誘起処理と反復採卵による系統保存システムの開発公益財団法人 実験動物中央研究所センター長 高橋利一

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

神経幹細胞での遺伝子変異による腫瘍化メカニズムの解析

国立病院機構大阪医療センター 部長

金村米博

脳神経外科学分野

藤井幸彦

発達期脳内微細構造の生体イメージングによる神経回路形成機序の解明

熊本大学

特任准教授 水野秀信

細胞病態学分野

三國

貴康

TDP-43病変に結合する分子プローブの開発

量子科学技術研究開発機構・放研究員
射線医学総合研究所

小野麻衣子

脳疾患標本資源解析学分野 柿田明美

脳疾患ゲノム情報に基づく病態モデルマウスの開発に関する研究

理化学研究所室長

吉木淳

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

歩行運動の大脳基底核ドーパミン制御機構の解明

大阪大学

准教授

木津川

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

モノアミン神経伝達物質合成関連遺伝子の組織特異的破壊による生理機能変化の解析

東京工業大学教授

一瀬宏

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

ミクログリア機能を反映するPETイメージングの開発

国立長寿医療研究センター

室長

木村

泰之

病理学分野

他田

真理

脳バンク検体を用いた加齢に伴う脳組織のクローン再構成及び脳腫瘍発生に関する
研究

京都大学

特定講師

荒川

芳輝

病理学分野

柿田

明美

神経組織特異的Scrapperノックアウトマウスの作出と神経変性に関する解析

関西学院大学教授

矢尾育子

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦- 62 -

康広

尚史

研究代表者

研究課題名

所属

所内対応教員
職名

氏名

分野名

氏名

筋強直性ジストロフィーの中枢神経病態の解明

大阪大学

助教

中森

雅之

病理学分野

ジストロフィン結合タンパク質複合体の代謝回転に関する研究

国立精神・神経医療研究セン
ター

室長

今村

道博

動物資源開発研究分野 笹岡俊邦

脳・神経回路におけるドーパミンの機能解析

大阪大学

教授

小山内

実

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

後部視床下部において過眠症に関連するDNAメチル化部位の探索と各脳領域に特異的
東京大学
なメチル化プロファイルの探索

助教

嶋多

美穂子

病理学分野

柿田

明美

TDP-43細胞内局在スイッチ制御による筋萎縮性側索硬化症モデルの作成

教授

佐藤

俊哉

動物資源開発研究分野 笹岡

俊邦

北里大学

※所属・職名は、申請時のものです。

- 63 -清水宏

令和２（2020）年度 新潟大学脳研究所 国際共同研究 一覧
研
研

究

課

題

究

代

表

者

（申

請

者）

所内対応教員名国

Production of congenital nystagmus model
mice and analysis of visual function

所属機関・組織名

DANDRITE, Department of Biomedicine, Aarhus
ﾃﾞﾝﾏ University

先天性眼球振盪モデルマウスの作出と視覚機能解析

職名Associate
Prof. / Group（オーフス大学）

Leader氏

名

Keisuke Yonehara
米原

圭佑

分野名

動物資源開発
研究分野

氏

名

笹岡

俊邦

柿田

明美

阿部

学

藤井

幸彦

Development of gene-cell therapy of Alzheimer’s disease based on delivery of neurotrophic
factors to brain: translational study

露アルツハイマー病モデルマウスを用いた神経栄養因

Kazan State Medical University（カザン医科大学）

Prof.

Marat
Mukhamedyarov

病理学分野

子導入治療法の開発
Assessing molecular mechanisms of noveltyinduced memory boost by using geneticallymodified rats derived from embryonic stem cellline for Lister-hooded rat

ﾃﾞﾝﾏ

Lister-hooded系統由来の胚性幹細胞より作成した

Department of Biomedicine, Aarhus University

Associate（オーフス大学）

Prof.

Tomonori
Takeuchi竹内倫徳

モデル動物開発分野

遺伝子改変ラットを用いた新奇性による記憶増強の分子機構解明Role of autophagy in NF1-associated gliomas
NF-1に合併するグリオーマ におけるオートファ

Department of Pathology, Johns Hopkins University
米ジーの 役割解明（ジョンズ・ホプキンズ大学）

Development, optimization and validation ofhuman AQP-4 PET Radioligand

脳水動態病理学米

米

脳幹グリオーマに対するPARP阻害剤感受性及び野

Medical School

Prof.

Marek Kubicki

Neurology, Univ. of California Davis（カリフォルニア大学デービス校）

Prof.

Ingrid L Kwee

生体磁気共鳴学分野

生体磁気共鳴
学分野

五十嵐

博中

五十嵐

博中

Comprehensive Cancer Center, Johns Hopkins School

Associateof Medicine

Prof.

Eric H. Raabe

脳神経外科分
野

藤井

幸彦

柿田

明美

笹岡

俊邦

三國

貴康

藤井

幸彦

笹岡

俊邦

柿田

明美

（ジョンズ・ホプキンズ大学）

SLFN11発現解析
Computational quantitative analysis forpatients

脳神経外科分Rodriguez

Division of Pediatric Oncology, Sidney Kimmel

PARP inhibition in diffuse intrinsic pontine

neuropathologic feature of α-synucleinopathy

Fausto J

Professor（ハーバード大学）

Elucidating the role of SLFN11 in response to
gliomas

Associate

Departments of Psychiatry and Radiology / Harvard
米AQP-4 PET トレーサーの開発と最適化

Hydrodynamic Pathology of the Brain

School of Medicine

Department of Pathology, Asan Medical Center, Seoul, Clinical韓シヌクレイノパチーの病理組織像の定量的解析

Republic of Korea

Assistant（ソウル峨山病院）

Prof.

Soo Jeong Nam

病理学分野

The role of striatal direct and indirect pathways
and dopamine D2 isoforms in thepathophysiology of psychosis
精神疾患の病態生理における線条体の直接路と間接Department of Pharmaceutical Sciences, Ben and米路およびD2ドーパミン受容体分子種の役割解明のMaytee Fisch College of Pharmacy, The University of

Associate

Texas at Tyler

Prof.

Yanyan Wang

動物資源開発研究分野（テキサス大学タイラー校）

研究
Investigation of the role of neuromodulators instate transition of neural dynamics to represent
a behavioral goal

独

行動目標表現の際のネットワーク動態変性におけるMax Planck Institute for Brain Research（マックスプランク脳科学研究所）

ResearchGroup
LeaderHiroshi Ito
伊藤

細胞病態学分博野

脳神経外科分神経調節因子の役割の解明
Investigating the role of BAI1 in the tumor cell
invasion of malignant glioma
悪性神経膠腫の腫瘍細胞浸潤におけるBAI1 の役割

Department of Neurosurgery, School of Medicine and米の解明

マウスモデルを用いたインフラマソームを介したア神経変性疾患の病理診断標準化に向けた取り組み

大須賀

AssistantKensuke Futai

Prof.

二井

School, Brudnick Neuropsychiatriy Research Institute（マサチューセッツ州立メディカルスクール）

Establishing the Neurodegenerative Pathologic
Reviews

Satoru Osuka

Prof.

Dept. Neurobiology, Univ. of Massachusetts Medical
米

ルツハイマー病の病態生理の解明

Diagnostic Protocols by Intensive Pathologic

Assistant

Alabama at Birmingham

覚野（アラバマ大学バーミンガム校）

Investigation of pathogenesis of Alzheimer’s
disease using mouse models

O’Neal Comprehensive Cancer Center, University of

Department of Pathology, College of Medicine, Inje
韓University Busan Paik Hospital（仁済大学プサン白病院）- 64 -

Assistant
Prof.

健介

Hwa Jin Cho

動物資源開発研究分野

病理学分野

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

タウオパチーおける海馬由来コリン作動性
神経刺激ペプチド関連因子の動態
松川 則之 1）
研究分担者 池内 健 2）
，宮下 哲典 2）
研究代表者

1）名古屋市立大学大学院医学研究科神経内科学
2）新潟大学脳研究所バイオリソース部門遺伝子機能解析学
研究要旨
これまでに、我々は海馬可溶性成分から分離した海馬由来コリン作動性神経刺激ペプチド（hippocampal cholinergic neurostimulating peptide; HCNP)が海馬グルタミン作動性神経活動に対して重要な調節因子であることを報告してきた。タウオパティーにおける病的意義を検索する目的に、
新潟大学脳研究所に蓄積されたタウオパティ―脳における HCNP 関連因子の脳内遺伝子発現量、プロモーター領域および染色体遺伝子領域の変異解析を行う。
A.研究目的HCNP 関連遺伝子異常の存在の有無を確認する予タウオパティーにおけるＨＣＮＰ病的意義を検定である。

索する目的に、新潟大学脳研究所に蓄積されたタ
ウオパティ―脳における HCNP 関連因子の脳内遺E.結論

伝子発現量、染色体プロモーター領域および HCNP

タウオパティー脳内における HCNP 関連遺伝子異遺伝子領域の変異解析を行う。

常の存在については、未だ検索中である。

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表
1. Adachi K et al., Possible correlated

新潟大学脳研究所バイオリソース部門遺伝子機
能解析学分野にて展開されているタウオパティ
ー脳を用いた網羅的遺伝子発現量解析、染色体
DNA 全シークエンス解析データを用い、HCNP 関連
因子の遺伝子発現量および染色体 DNA 病的変異の存在の有無を解析する。

variation of GABAa receptor expression
withhippocampal

neurostimulating

peptidecholinergic
precursor

protein in the hippocampus. Biochem
Biophys Res Commun. 2021;542:80-86.
2. Ohno Y et al., Rapid progression of white

C.研究結果
今回調べられた範囲にて、HCNP 関連遺伝子に異常

matter signal changes and frontotemporalは確認されなかった。

atrophy in globular glial tauopathy. J

D.考察

2021;80(5):480-3.

Neuropathol

こ れま でに孤 発性 アルツ ハイ マー病 にお ける
HCNP 遺伝子発現の低下など本因子の関連性を確認してきた。今後、PART 患者脳に視点を移して- 65 -Exp

Neurol.

3. Uchida Y et al., Iron lealage owing toblood-brain barrier disruption in small
vesseldiseaseCADASIL.

2020;95(9):e1188-e1198.
2.学会発表未発表
G.知的財産権の出願・登録状況
1.特許取得無2.実用新案登録
無3.その他
無- 66 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

統合失調症モデル動物を用いた幻聴の神経基盤に関する研究
宋 文杰 1）
那波 宏之 2）

研究代表者
研究分担者

1）熊本大学生命科学研究部 2）新潟大学脳研究所
研究要旨
統合失調症のラットモデルを用いて、統合失調症患者の主要症状である幻聴の神経基盤を探ることを目的に研究を行った。幻聴の内容は言語音が主で、患者の主観感覚であるため、動物で研究することは容易でない。本研究では、「幻聴」を定義通りに捉え、即ち、幻聴は統合失調症モデル動物にのみ見られ、対照動物に見られないとし、モデル動物において、鳴き声がない時に、他者の鳴き声に対する応答と似た活動が聴覚皮質に現れるなら、それが幻聴に対応する活動と考える。この考えの実現に向けて、モデル動物の作成、自己と他者の鳴き声を区別して録音するための無線マイクシステムの開発と、自由行動下における神経活動記録システムの開発を行った。
ちの 5 匹に、EGF（epidermal growth factor）をA.研究目的統合失調症の主要症状の一つに幻聴が挙げら

皮下投与した。投与量は体重 1g 当たり、21.9μg

れるが、幻聴発症の神経基盤は明らかになってい（12.5μl）とした。残りの 5 匹に同量の生理食ない。本研究では、那波らが開発した統合失調症

塩水を投与し、対照動物とした。

モデル動物（Futamaru et al., 2003）を用いて、

２）鳴き声記録：モデル動物と対照動物の鳴き

幻聴の神経基盤を探ることを研究目的とした。

声を記録するために、まず市販の超音波マイク（）

幻聴は、言語音を主な内容とし、患者の主観的を用いて鳴き声を記録した。

な感覚なため、動物で研究することは容易でない。

３）自己と他者の鳴き声を録音して区別できる

本研究では、幻聴の定義、即ち、誰も話していなようにするために、ラットの頭部に装着できる超い時に、話し声が聞こえることから、統合失調症

小型無線超音波マイクの開発を進めた。超軽量超モデル動物の聴覚野において、鳴き声がない時に、

音波マイクの選定と増幅と送信回路の設計を行

他者の鳴き声を聞いた時の活動と似た活動が生い、試作機を作成した。

じていたら、それを幻聴に対応する活動と考える。

４）自由行動下のラットから神経活動を記録す

本研究は、この考えを実現するために進めてきたるシステムの開発を行い、音声誘発応答を大脳皮ものである。

質聴覚野と頭頂、前頭連合野から記録を行った。

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

C.研究結果

全ての実験は熊本大学動物実験委員会の承認

１）モデル動物の作成を受けて行った。

2 回にわたり、モデル動物を作成した。対照ラ

１）統合失調症モデルラットの作成：雄 SD ラットは生後 16 日目前後に開眼したのに対し、EGF

ット生後 2 日目から 10 日目に亘って、毎日の決注射を受けたラットは、生後 9 日目に開眼した。

まった時間に、同じ親が世話している 10 匹のう

また、モデルラットは、体重が少なめで、体毛が- 67 -

薄いことが、生後 3 週令まで、明確に確認できた。

D.考察

これらの特徴は以前の報告と一致し、モデルは正新生ラットに EGF を注射し、統合失調症モデル

常に作成できたと考えられる。2 回とも、EGF 注

動物を作成する方法は、2 回しか経験出来ていな射を受けた 5 匹中、1 匹が死亡した（～生後 12 日）。

いが、非常に再現性の良い方法と言える。

死亡したラットは、日齢に従って体重の増加が弱いのが共通な特徴であった。

統合失調症患者の幻聴内容は言語音が主である。本研究では、「幻聴」を定義通りに捉え、即

２）鳴き声記録：モデル動物と対照動物のいず

ち、鳴き声がない時に、他者の鳴き声に対する応れにおいても、40kHz から 70kHz までの間の周波答と似た活動が聴覚皮質に現れるなら、それが幻数の超音波鳴き声を録音できた。持続時間は 30ms

聴に対応する活動と考える。この考えは、今後行程度の短いものから、100ms 程度持続する鳴き声

動学的な証明を含めて検討できると、「幻聴」のまで見られた。鳴き声の時間・周波数構造は極め

神経基盤に関する最も妥当な捉え方と考える。本て複雑で、急激な変動を示さず、緩やかな一定の研究では、この考えの実現に向けて、自己と他者変化を示すものから、10ms 以内に急激な周波数のの鳴き声を区別して録音するための無線マイク

アップ・ダウンを示すものまで見られた。比較的システムの開発と、自由行動下における神経活動

頻繁に鳴き声が記録できたため、神経活動との対記録システムの開発を進めてきた。後者は完成出

応関係を調べる時に有利であるが、鳴き声全体が来ているが、前者は完成に近づいている状況であ短い傾向があるため、鳴き声ごとに、特徴的な神る。今後、これらのシステムと EGF モデル動物を経活動が誘発されるか否かは、詳細な検討が必要

もちいて、「幻聴」の神経基盤に迫る。

と考えられる。
３）幻聴を定義通りに検討するために、ラット

E.結論の頭部に装着できる超小型無線超音波マイクのEGF 注射による統合失調症モデル動物は有用な開発を進めた。
重さ 30 ㎎のマイク素子を選定し、モデルである。幻聴の神経基盤の解明のために、独自の回路を設計・改善し、4 回の試作を試みた

幻聴の定義に従い、自己と他者の鳴き声の録音とところ、全重量 4g で、2m ほど無線送信できるパ

聴覚野神経活動の同時記録による新しいアプロ

ワーで、2 時間程度の持続送信時間を達成できた。

ーチを提案し、部分的な成果が得られた。

しかし、高周波数領域の SN 比は依然低く、現在
マイク素子と回路の両方から改善を進めている。
おいて、多チャネル無線記録システムを用いて、F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Nakata S, Takemoto M, Song W-J.

聴覚応答を記録した。両側の聴覚野以外に、両側Differential cortical and subcorticalの後頭頂連合野と前頭連合野にも電極を埋め込

projection targets of subfields in the

み、音刺激に対する応答を記録した。これらの連

core region of mouse auditory cortex.

合野は聴覚野から直接入力を受けることを以前

Hearing Research (2020)386:107876.

示してある（Nakata et al., 2020）。結果、モデdoi: 10.1016/j.heares.2019.107876.

ル動物と対照動物の何れにもいても、全ての皮質

2. Toru Miwa, Kunimasa Ohta, Naofumi Ito,

領域から聴覚応答を記録できた。また、繰り返し

Satoko Hattori, Tsuyoshi Miyakawa,

音の周波数と数、繰り返し音間の時間間隔、刺激

Toru Takeo, Naomi Nakagata, Wen-Jie

提示回数などのパラメータを変更しながら、聴覚Song & Ryosei Minoda. Tsukushi is

応答の時間特性を調べた結果、自由行動下においessential for the development of theては、応答が素早いアダプテーションを示した。

inner ear. Mol Brain (2020)13, 29.DOI:

同じ動物において、麻酔下では、誘発応答の振幅

https://doi.org/10.1186/s13041-020-が増大し、アダプテーションは減弱した。これら

00570-z.

４）動物に慢性電極を埋め込み、自由行動下にの特徴はモデル動物と対照動物間に明確な差が3. Nishimura M, Wang C, Shu R, Song W-J.
Dynamic changes of timing precision in

見られなかった。

timed actions during a behavioural- 68 -

task

inguineapigs.

Scientific

Reports (2020)10:20079. doi: 10.1038/
s41598-020-76953-y.
4. Chen F, Takemoto M, Nishimura M,
Tomioka

R,

Song

W-J.

Postnataldevelopment of subfields in the coreregion of the mouse auditory cortex.
Hearing Research (2020)400:108138.
doi: 10.1016/j.heares.2020.108138.

- 69 -

令和 2 度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

アルツハイマー病脳におけるアミロスフェロイド形成と神経細胞障害の時空間的解析
星 美奈子 1）
柿田 明美 2）

研究代表者
研究分担者

1）神戸医療産業都市推進機構 2）新潟大学脳研究所
研究要旨
研究代表者である星は、柿田博士との長年の共同研究により、アルツハイマー病患者脳から神経細胞
死活性を持つ A集合体「アミロスフェロイド（ASPD）」の単離に初めて成功し（Noguchi et al. JBC2009）、
ASPD は神経細胞の生存と機能に必須な Na, K-ATPase ポンプの3 サブユニット（NAK3）に特異的に結合することで細胞死を誘導するという全く新たな神経細胞死メカニズムを世界に提示した（Ohnishi et al. PNAS2015）。NAK3 の活性阻害による神経細胞死は、その後、パーキンソン病や ALS
においても相次いで報告され、星らの発見した細胞死メカニズムが神経変性疾患に共通な経路である
ことが解ってきた。本研究では、これまでの共同研究により我々がアルツハイマー病で明らかにしてきた
NAK3 の機能障害による神経細胞死が、本当に他の神経変性疾患で起きているのかを実際に患者脳で検証するとともに、アルツハイマー病の患者脳を用いて、アミロスフェロイドの蓄積と神経障害の出現との間に時空間的相関が認められるかどうかを解析していく。

A.研究目的の病態を非常に良く説明する機構を明らかにす

神経細胞死がアルツハイマー病の臨床症状と最ることが出来た。さらに、ASPD に結合するペプも相関することは ADNI でも確認をされたが、神チド（ASPD 結合ペプチド）を同定しているが、経細胞死の原因及び機構は殆ど解明されていな

これは ASPD と ASPD ターゲット分子との結合をかった。我々は、新潟大学脳研究所よりタンパク

阻害し、ASPD の神経細胞死活性を中和すること

質の保存状況の極めて良い剖検脳の供与を受けができることがわかり、神経細胞死を直接阻止することにより、世界で初めてアルツハイマー病患る治療薬、ASPD を検出する PET プローブ開発と者脳より神経毒性を持つ球状の A集合体である

いう、２つの大きな創薬及び医療技術基盤の可能mylospheroid（以下、ASPD）の単離に成功し性を拓いた。この我々が見出した新たな神経細胞（Noguchi et al, JBC2009）、さらに ASPD が神経細死メカニズムが、実は主要な神経変性疾患に共通胞の生存と機能に必須な Na, K-ATPase ポンプのなメカニズムであることが解ったことは我々に

3 サブユニット（NAK3）に結合することでそ取っても驚きで有り、これまでの新潟大学脳研究のポンプ活性を阻害し、成熟神経に細胞死を誘導

所との共同研究成果をさらに発展させアルツハ

することを見出した（Ohnishi et al. PNAS2015）。

イマー病に留まらず神経変性疾患全体を俯瞰す

上記のとおり、過去の共同研究により、我々は原ることは是非とも重要で有り、新たなプロジェク

因物質の非常に有力な候補を示し、なぜ成熟神経トとして共同研究実施することとした。

細胞死が起きるかについてもアルツハイマー病- 70 -

本研究では、これまでの共同研究によりアルツ

ASPD が NAK3 ポンプに結合しその活性を阻害

ハイマー病で明らかにしてきた NAK3 の機能障するメカニズムは、これまで予想されていなかっ害による神経細胞死が、本当に他の神経変性疾患

た新たなメカニズムであることが解った。そこで、で起きているのかを実際に患者脳で検証すると

本研究では実際に各種神経変性疾患の患者脳及ともに、そもそも生理的には NAK3 神経の分布

び正常脳において NAK3 神経細胞の分布や発現はどうなっているのかを解明することを目的とを解析し、ヒト脳における NAK3 神経細胞の生する。

理的機能と病態における関与を検証することをめざし、まず、齧歯類組織を用いて NAK3 神経

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

細胞の正常での分布を解明するとともに、ヒトに上記目的を達成するために、以下の研究を実施する。
（１）抗NAKα3抗体、NAKα1抗体や各種神経変性

対する NAK3 選択的抗体を確立することを目指のマーカーを用いた固定、染色方法を改善し、再現的かつ明瞭な分布を同定出来る条件を確立すした。
In situ を用いた解析から、驚いたことに NAK3
選択的な神経細胞群が存在することが解ってきた。また、神経細胞種により NAK1/ NAK3 のる。

発現比にはかなり差があることも分かり、それぞ（２）アルツハイマー病、パーキンソン病、ALS

れがどう役割分担をしているのか興味深いとこなど、主な神経変性疾患、さらに、対照群としてろである。これについては今年度、論文として出

正常脳においてNAKα3神経、NAKα1神経の分布や版することが出来た。抗体の作成については、発現がどうなっているのかを検証する。

NAK1-3 ポンプの立体構造モデルに基づき最も（３）アルツハイマー病においてはASPDの分布と神経障害のマーカー出現との間に時空間的相関

適切な配列を選び、それを大腸菌の発現系を用いて抗原を調製、モノクローナル抗体の作成に着手した。しかしながら、１０回膜貫通タンパク質でが認められるかどうかを解析する。

あ る NAK の 抗 体 作製に は 難航 し 、よ うや く
NAK3 について、目的の抗体が得られ、解析をC.研究結果進めているところである。

これまで NAK3 ポンプは生存にあまりに必須

さらに新たに脳の微小血管由来内皮細胞においであるため神経変性疾患に関わるとは思われてて、NAK3 に結合することで ASPD が血管の機いなかったが、星らの報告に続いて、パーキンソ能を阻害していることが解った。これについてはン病や ALS においても、異常な凝集体が NAK3ポンプに結合することでその活性を阻害し神経細胞死を引き起こすことが相次いで報告される

現在、論文を投稿中である。
D.考察
上記のとおり、極めて順調に研究を進めることに至った。しかも、パーキンソン病の原因となるが出来た。上述した in situ の解析結果は、実はαシヌクレインの凝集体が NAK3 ポンプに結合

国際学会でも非常な驚きをもって受け止められする部位は、ASPD が NAK3 ポンプに結合する

た。NAK3 ポンプがどのように関わっているの部位とほぼ同一であることから、我々が発見したかを明らかにすることは、アルツハイマー病に留神経細胞死のメカニズムは神経変性疾患に共通

まらず各種神経変性疾患の病理診断上も極めて有効である可能性もあり、是非、特異的抗体を確な経路であることが強く示唆された。
しかしながら、NAK3 ポンプについては、
NAK1 ポンプなどと配列の相同性が高いことか立し、患者脳由来の試料を用いた解析を引き続き進めたいと考えている。

ら良い抗体がなく、そもそも脳内での生理的な分E.結論

布が殆ど解析されていないことが解った。また、

NAK3 は、これまでの予想を超えて、神経変性- 71 -

疾患に深く関わることが解ってきた。ただ、抗体

Alzheimer’s disease brains 笹原智也、星美奈などの必要なツールが乏しい。今回のプロジェク

子、第９４回日本薬理学会年会（札幌）

トにより、少なくとも NAK3 の分布が明らかに

2021/03/8-10

なり、また抗体を確立出来たのは意義がある。さらに、NAK3 が血管病変にも関わる新たな研究成果を得たことにより、脳と血管のクロストーク

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

を解明出来る可能性が見えてきた。今後も引き続き解析を進めたい。

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Murata, K., Kinoshita,T., Ishikawa, T., Kuroda, K.,
Hoshi, M., and *Fukazawa, Y., Region- andneuronal- subtype-specific expression of Na,
K-ATPase alpha and beta subunit isoforms in themouse brain, J Comp Neurol (2020) 528,
2654-2678. doi: 10.1002/cne.24924 (IF= 2.801,
CI= 7)
2. Xiao, Y., Matsuda, I., Inoue, M., Sasahara, T.,
Hoshi, M., and Ishii, Y., NMR-based site-resolved
profilingof

β-amyloid

misfolding

reveals

structural transitions from pathologically relevant
spherical

oligomer

Chem.(2020)

to

295,

fibril.,J.

458-467.

Biol.
doi:doi:

10.1074/jbc.RA119.008522 (IF= 4.238, CI= 6)
3. Hoshi,

M.,

Multi-angle

developmentoftherapeutic methods for Alzheimer's disease., Br.
J.

Pharmacol.

(Cover)(2021)

Feb;178(4):770-783. doi: 10.1111/bph.15174. (IF=7.73)
2.学会発表１．アルツハイマー病とナトリウムポンプ〜タンパク質
間相互作用を標的とする低分子医薬品の開発〜” 星美奈子 第 29 回日本有病者歯科医療学会総会・学術大会(神戸)(2020 年 3 月 1 日)(招待講演)
２．Establishment of a new tri-culture system forelucidating crosstalk mechanisms between
centralnervousmicrovascularsystemendothelial

andsystembrain
in- 72 -なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理標本資源活用の先端的共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

筋萎縮性側索硬化症 (ALS) 細胞質 TDP-43 凝集体形成を抑制する分子の同定と機能解析
研究代表者
研究分担者

渡部 和彦 1）
柿田 明美 2）

1）杏林大学保健学部臨床検査技術学科・神経病理学
2）新潟大学脳研究所・病理学分野
研究要旨
筋萎縮性側索硬化症(ALS) における神経細胞内 TDP-43 凝集体形成を抑制する治療法の開発を主目標に，我々が確立した培養ニューロンおよびマウス顔面神経核 TDP-43 凝集体形成モデルに対し，組換えウイルスを用いて凝集体形成抑制候補分子の機能を解析する．得られた結果をヒト ALS 剖検例における候補分子の発現と比較検討することにより，ALS に対する新規治療法の開発を目指している．
A. 研究目的
筋萎縮性側索硬化症(ALS)は運動ニューロンの選択的な変性脱落により死に至る最も過酷な神経変性疾患であり，ニューロン，グリアにリン酸
化 TDP-43 蛋白を含む細胞質凝集体が出現する．
我々はこれまで，ヒト正常 TDP-43 とその C 末断片を発現する組換えアデノウイルスをプロテアソーム阻害条件下で培養ニューロンや成体ラット・マウス運動ニューロンに感染発現させると，リン酸化 TDP-43 を含む不溶性の細胞質粗大凝集
体が高率に形成されることを報告した（Watabe etal., Neuropathology 2014）．さらに，培養タイムラ
プス解析により，正常および C 末断片 DsRed/TDP43 組換えアデノウイルスをニューロンに感染発現させプロテアソーム阻害剤 MG-132 を負荷すると，DsRed 陽性 TDP-43 凝集体が細胞質に徐々に充満し，細胞膜の破綻とともに細胞死に至り，残存した不溶性凝集体が放出される像を観察した．
この凝集体はリン酸化 TDP-43 を含む不溶性の顆
粒状構造物からなり，隣接する細胞に取り込まれ，
時間とともに細胞質で増大し，凝集シードとして機能することを確認した (Ishii et al., PLoS One
2017)．
一方，
この細胞質 TDP-43 凝集体形成は heatshock transcription factor 1 (HSF1)発現ウイルスの共感染により顕著に抑制されることを見出した．
そこで DNA マイクロアレイ解析により HSF1 の下流分子を探索したところ，Praja 1 (PJA1) E3 ユ
ビキチンリガーゼなど複数の分子に TDP-43 凝集
体 形 成 抑 制 効 果 を 認 め た (Watabe et al.,Neuropathology 2020)．本研究では，これら新規
TDP-43 凝集体形成抑制分子を培養細胞，
マウスモ
デルを用いて詳細に解析するとともに，ヒト ALS
剖検例と比較検討することにより，ALS に対する新規治療法の開発を目指している． 本年度は，我々が見出した PJA1 と，これまで TDP-43 凝集を抑制することが報告されている ZNF179 E3 ユビキチ
ンリガーゼ (Lee et al., J Biomed Sci 2018) の TDP-

43 凝集抑制効果を比較検討した．
B. 研究方法
ラット神経幹細胞株 1464R 由来分化ニューロンに TDP-43, HSF1, PJA1, または ZNF179 組換えア
デノウイルスを共感染させ，プロテアソーム阻害剤 MG-132 を負荷して TDP-43 凝集体形成を解析した．一方，成体マウス顔面神経に上記組換えウ
イルスを接種し，顔面神経核運動ニューロンにおける PJA1, ZNF179 の TDP-43 凝集抑制効果を検討した．さらに新潟大学脳研究所のヒト脳神経病
理標本を用いて，正常および ALS 運動ニューロン
における PJA1, ZNF179 の発現を免疫組織化学的に検討した．

- 73 -

C. 研究結果
培養細胞の共免疫沈降では，PJA1, ZNF179 ともに TDP-43 の主に C 末端に結合することが示された．HSF1, PJA1 組換えウイルスには分化ニューロ
ン培養における顕著な TDP-43 リン酸化凝集体形成抑制効果を認めたが，ZNF179 には認めなかった．マウス顔面神経核運動ニューロン TDP-43 凝集体モデルでは，HSF1, PJA1 ウイルスともに凝集体形成を顕著に抑制したが，ZNF179 には効果を認めなかった．一方，PJA1 はヒト脳では主に神経細胞に豊富に存在し，ALS の TDP-43 凝集体を有する脊髄運動ニューロンも PJA1 陽性であったが，ZNF179 は小脳プルキンエ細胞に陽性染色を認めるものの，脊髄運動ニューロンは陰性であった．
D. 考察
PJA1 と ZNF179 はともに TDP-43 に結合しユビ
キチンリガーゼとして機能すると考えられるが，細胞や E2 ユビキチン結合酵素の種類などによって機能発現が異なると考えられ，今後の詳細な比較検討が必要である．
E. 結論
ラット神経幹細胞由来ニューロン培養およびマウス顔面神経核運動ニューロン組換えアデノウイルス接種による TDP-43 凝集体形成モデルにおいて，PJA1, ZNF ユビキチンリガーゼはともに
TDP-43 に結合し， PJA1 は凝集体形成を顕著に抑制したが，ZNF179 には効果を認めなかった．一方，ヒト脊髄の免疫染色では，運動ニューロンは
PJA1 陽性，ZNF179 陰性であった．
F. 研究発表
1. 論文発表
1) Watabe K, Kato Y, Sakuma M, Murata M, NiidaKawaguchi M, Takemura T, Hanagata N, Tada M,
Kakita A, Shibata N. Praja1 RING-finger E3 ubiquitin
ligase suppresses neuronal cytoplasmic TDP-43
aggregate formation. Neuropathology 2020;40(6):570586.
2) Kazama M, Kato Y, Kakita A, Noguchi N, Urano
Y, Masui K, Niida-Kawaguchi M, Yamamoto T,
Watabe K, Kitagawa K, Shibata N. Astrocytes release
glutamate via cystine/glutamate antiporter upregulated
in response to increased oxidative stress related tosporadic amyotrophic lateral sclerosis.
Neuropathology 2020;40(6):587-598.

3) Murakami T, Yokoyama T, Mizuguchi M, Toné S,
Takaku S, Sango K, Nishimura H, Watabe K, Sunada
Y. A low amyloidogenic E61K transthyretin mutation
may cause familial amyloid polyneuropathy. J
Neurochem 2021;156:957-966.doi:10.1111/jnc.15162.
4) 渡部和彦．組換えウイルスを用いた筋萎縮性側索硬化症病変の発症進展機序の解明．細胞2021;53(3):50-53.
2. 学会発表
1) 渡部和彦，加藤陽一郎，佐久間美帆，村田麻喜子，新井田素子，竹村太郎，花方信孝，柿田明美，柴田亮行．Praja 1 E3 ubiquitin ligase
suppresses adenovirus-induced neuronal TDP-43
aggregate formation. 第 61 回日本神経学会学術大会，岡山コンベンションセンター（岡山市），2020 年 9 月 1 日
2) 村上龍文, 刀祢重信, 三五一憲, 水口峰之, 渡部和彦, 砂田 芳秀．TTR E61K アミロイドニューロパチーの神経変性機序の研究．第 61 回
日本神経学会学術大会，岡山コンベンションセ
ンター（岡山市），2020 年 9 月 1 日．
3) 渡部和彦，加藤陽一郎，佐久間美帆，村田麻喜子，新井田素子，竹村太郎，花方信孝，柿田明美，柴田亮行．Praja 1 RING-finger E3
ubiquitin ligase による TDP-43 細胞質凝集体の形成抑制．第 63 回日本神経化学大会（WEB 開催），2020 年 9 月 10-12 日．
4) 新井田素子，増井憲太，山本智子，丸山隆
志，宮尾暁，川俣貴一，渡部和彦，柴田亮行．
酸化ストレス誘導性のカルボニルマーカーが高度に検出された膠芽腫の一剖検例．第 61 回日
本神経病理学会総会学術研究会（WEB 開催），
2020 年 10 月 12-14 日．
5) 渡部和彦，加藤陽一郎，佐久間美帆，村田麻喜子，新井田素子，竹村太郎，花方信孝，柿田明美，柴田亮行．Praja 1 E3 ubiquitin ligase による TDP-43 細胞質凝集体の形成抑制．第 61 回
日本神経病理学会総会学術研究会（WEB 開催），2020 年 10 月 12-14 日．
6) 渡部和彦．ALS 細胞質 TDP-43 凝集体形成抑制分子の同定と機能解析．第 42 回神経組織培養研究会，新潟（WEB 開催），2020 年 11 月 15
日．
G. 知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
該当なし- 74 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

深層学習画像処理技術の開発と応用による脳神経外科手術映像解析
杉山 拓 1）
研究分担者 松澤 等 2）
，中山 若樹 1）
研究代表者

1）北海道大学病院 脳神経外科 2）新潟大学脳研究所 脳機能解析学分野
研究要旨
脳神経外科手術は、患者の予後を左右させうる手技であるが、一方で、安全な手術操作とはどういったものか、科学的に明らかにはなっていない。本研究の目的は、手術映像を分析することにより、外科治療の命題である‘安全性の担保’の本質に定量的に迫ることであり、新しい外科治療概念を提唱・開発しうる橋渡し研究である。この目的のため、新潟大学統合脳機能研究センターのもつ画像解析技
術を応用する共同研究を実施した。手術治療における器具や組織の動的情報の定量化することで、ア
ウトカム・有害イベント発生・術者習熟度に関連する因子を探索した。この先にアウトカム予測、有害イベント予測、術者スキル評価人工知能などの開発を見据え研究を継続している。
A.研究目的動作解析研究や、手術器具に搭載された力センサ

脳神経外科手術は、治療効果の高い医療技術でによる、力分析などの研究成果は、一定の成果をある反面、脳・神経・血管組織損傷のリスクを常示してきた。しかし一方で、単一の定量値のみでに伴い、患者の Quality of life を著しく低下させ

複雑な手術手技を包括的に表現することは、未だうるものでもある。手術を安全に実施するために確立されてもいない。

は、ノンテクニカルスキルと同様にテクニカルス

近年の映像媒体の技術的進歩や普及を背景に、キルは重要であり、近年の大規模研究によってもまた、センサやマーカーを用いない汎用性の高い

明らかにされている。しかしながら、時に‘名人

研究を目指すため、本研究では、手術映像を用い芸’などと称されるテクニカルスキルやその習得た研究を立案した。特に、本研究では、‘手術で過程は、客観的分析への基づきが乏しく、経験と損傷を被るのは、手術操作の対象である患者組織

勘に頼ったものが主体であり、膨大な時間と労力である’という仮説の下、剥離させる側の組織のを要してきた。技能を客観的に分析することで、動きに着目した分析を行うことで、新しく‘愛護

術者教育における課題や目標設定の明確化、習熟

的な手術操作’の評価ともいうべきテクニカルス

度の正確な評価が期待されるうえ、手術のあり方

キルの要素を調査した。

を定量データ化することは、手術ロボットやコン
ピュータシミュレータのような近未来的な手術

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

機器開発において、それを制御・構成する基盤デ対象ータとしても貢献しうることが期待される。

本研究は、北海道大学病院倫理審査委員会の承

これまで、工学技術を用いた定量解析によるス認を受け、研究参加者（外科医師および患者双方）

キル評価には様々なものが試みられてきた。位置に対して、研究について十分な説明を行い、適切センサ・加速度センサを用いた術者の手や器具のなインフォームドコンセントのもとで実施され- 75 -

た。脳神経外科医 16 名が本研究に参加し、頸動想定に基づき、2,3 手術操作のエラーを定義するプ

脈内膜剥離術（carotid endarterectomy, CEA）のラークの加速度閾値は、expert のすべての試技デ経験数が 10 症例以下の novice 群（n=5）
、11-49ータにおける MAX-A 値の 95 パーセンタイルと症例の intermediate 群（n=7）
、50 症例以上の脳定めた。この閾値を超える加速度が生じた場合に、卒中の外科学会認定医の expert 群（n=4）の 3 群

これをエラーと定義した。

に層別化された。2010 年から 2018 年までの間に、統計／数値解析北海道大学病院あるいはその関連施設にて CEA

R version 27.0 (IBM,
解析には、SPSS Statistics○を実施された患者 117 名を対象とし、その手術映

Chicago, IL) を用いた。手術の有害事象発生（術像を解析した。診療情報から、患者背景（年齢、後脳梗塞、神経麻痺）を抽出し、傾向分析には、性別、罹患側 [左右]、症候性／無症候性、body

Cochran-Armitage 検定を用いた。有害事象発生

mass index [BMI]）
・画像的特徴（狭窄率、プラを目的変数とし、術者側因子である層別化されたーク性状 [脆弱性、高度石灰化]、プラーク位置の術者群、映像パラメータ（症例毎の MAX-A 平均高さ）・リスクファクター（高血圧、糖尿病、脂値、エラー数）、あるいは患者側因子を説明変数

質異常症、喫煙歴）・合併疾患（冠動脈疾患、心として単変量ロジスティック回帰分析を実施し不全、慢性閉塞性肺疾患、腎不全、他の脳動脈狭た。連続データは、2 群間であれば Mann-Whitney

窄）・服薬情報 （抗血小板薬、抗凝固薬、多剤服

U 検定、3 群間では Steel-Dwass 検定で比較した。

用）・手術の有害事象（脳梗塞、脳神経麻痺）を含む術後経過などの情報を後方視的に抽出した。

C.研究結果

映像解析

有害イベント

映像解析は新潟大学脳研究所にて実施した。
CEA 映像のうち、特に頸動脈を露出し、剥離する工程の映像を分析に用いた。映像は、TMPGEnc
R (Pegasys Inc., Tokyo, Japan)を用い4.0 XPress○て、WMV format (720 x 480 pixels, 29.97 frames
per second) に変換し、手術映像中に術者の手や器具が現れて、特定の操作を行い、映像外に出る対象の 117 例のうち、術後 3 症例に症候性脳梗
塞、2 症例に一過性嗄声が認められていた。また、
術翌日に実施した MRI 検査では、6 症例に新たな無症候性脳梗塞を認めていた。これらの計 11 症例（9.4％）を有害イベント発生症例とした。
有害イベントは、Novice 群の手術では 11 症例
中 2 例（18.2％）、Intermediate 群では 49 症例までを 1 試技（trial）とし、1 試技ごとに分割し

中 7 例（14.2％）、Expert 群では 57 症例中 2 例

た。

（3.5％）であり、傾向分析で有意な術者群（術者

映像解析における定点追跡技術用いて、試技ごとに頸動脈プラーク部位の定量的動的分析（移動距離・速度・加速度）を実施した。術者の手などに遮られるシーンや、映像倍率が変化しているシーンは解析から除外し、カリブレーションは、術野内に置かれたスケールを用いた。1 試技ごとの習熟度）との相関が認められた(p=0.04）。
映像解析
117 症例の CEA 映像において、頸動脈周囲の剥離操作 1842 試技に関して、映像解析が実施された。各試技の MAX-A は、expert 群で 257.1±
174.0、intermediate 群で 354.3±280.3、novice

頸動脈プラークの最大加速度（Max. acceleration,

群で 424.4±304.5 mm/s2 であり、各群で有意な

MAX-A）を抽出し、解析に用いた。

差を認めた（p<0.01）。有害イベント発生例と非エラー分析

平均値は、有害イベント発生例で有意に高かった発生例を比較すると、各症例における MAX-A のexpert で 5-10%程度にエラーが生じるという（420.5±157.4 vs 307.0±105.8、p<0.01）。
エ ラー 分析に 用い るプラ ーク の加速 度閾 値は- 76 -

471.5 mm/s2 と算出された。これを上回るエラー

発生、術者習熟度の両者に対して相関しており、試技は、1842 試技中 254 回（13.8％）認められ術中の安全指標として有用と考えられた。手術映ていた。術者群別には、1 症例につき expert 群で像解析により、手術の安全性に関連する重要因子

1.4、intermediate 群で 2.5、novice 群で 3.3 回での探索が可能であることが示唆された。

あった。
ロジスティック回帰分析の結果、有害イベント
発生に関連していたのは、患者側因子としては、F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なし（投稿準備中）

プラークの脆弱性（p<0.05）のみであった。一方、術者側因子としては、術者の習熟度（p<0.05）、

2.学会発表平均 MAX-A（p<0.01）、エラー回数（p<0.05）の

1. 第 50 回日本脳卒中の外科学会・2021 年
3 月 12 日・福岡国際会議場（WEB ハイブ

すべてが関連していた。

リッド開催）
D.考察
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

本研究のこれまでの成果を要約する。
１）CEA における術中有害事象の発生は、術者の習熟度に関連する傾向を認めた。
２）‘愛護的な操作’の客観的な指標としての、試技中の MAX-A は、術中有害事象発生、術者習
熟度の両者に対して相関していた。
３）有害事象発生に関して、術者因子は、患者因子と同様、あるいはそれ以上に関連する重要なものであることが示された。
４）エラーが有害事象発生に関連していることも明らかとなり、閾値に対するアラーム機能搭載などが手術安全に寄与する可能性が示唆された。
今後の展望として、手術成績や術者習熟度に関連する重要因子の探索を継続するとともに、各重要因子間の相互作用も含めた解析を実施したいと考えている。また、本研究では、手術イベントに関連する因子として映像解析ソフトウェアによるCEAの映像解析結果を示したが、プロジェク
トの一環として、新潟大学脳研究所での深層学習強化、開発は継続しており、手術器具の動き分析
や他の手術工程への適応拡大を実施していきた
いと考えている。今回の研究でエラー分析にも成果を得たため、閾値を超える手術試技に対するア
ラーム機能搭載も進めていきたいと考えている。
E.結論
CEA において、剥離中のプラークの加速度やこの値より定義される‘エラー’は、術中有害事象- 77 -なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

内因的行動の神経基盤の解明
研究代表者 酒多 穂波 1）
研究分担者 伊藤 浩介 2）1）中京大学 心理学部 2）新潟大学 脳研究所 統合脳機能研究センター
研究要旨
我々の行動は、きっかけとなる外部からの刺激入力がない状態で内因的に生じる場合がある。このような内因性の意図に基づく行動の神経基盤は未だに解明されていない。先行研究では、限局した脳領域に自由な行動の発生源があるとの考えに基づき、局所的な脳活動が短い時間窓において重点的に調べられてきた。しかし申請者のこれまでの研究からは、複数の脳領域における自発的な脳活動の増加が行動前の早い段階から始まり、行動の発生に関与していることがわかった。したがって、行動開始前の安静状態から行動実施の瞬間までを含めた長い時間スケールにおける全体的な脳活動を検討する必要がある。本研究では fMRI と脳波を用いて自由なタイミングでおこなう運動に先行する脳活動を計測し、様々な脳領域の活動が安静状態から運動実施に至るまでにどのように変化していくかを明らかにする。
条件）と外因的な運動（cued timing 条件）をそA.研究目的
我々は自由に自分の意志を決定し行動を選択

れぞれおこなう際の脳活動を fMRI によって計測することができる。しかし、このとき感じている

し、条件間で比較した。運動の内容は利き手によ主観的な自由は、行動開始前からの無意識的な脳る掌握運動であった。2 条件で運動の回数やタイ活動の影響を受けて形成された、いわば“見せかミングが一致するようにして、意図に関する脳活

けの自由”である可能性も示唆されており、内因動を検討できるようにした。得られたデータは事的な意図に基づく自由な行動に関する神経基盤

象関連デザインで解析した。先行研究において自には不明な点が多い。そこで本研究では、内因的由な意思決定を要する実験課題に関与することな行動の神経基盤の一端を解明するため、行動開が示唆されている脳領域を関心領域として、各領始前の脳活動に着目し、自由な運動のタイミング域における時系列データは運動に関連してどのの決定にどのように関わっているかを明らかにような変化を示すかを調べた。
次に、何もしていない状態から内因的に行動をする。

開始するまでの脳活動の時間的特性を詳細に検討するため、自己開始運動をおこなう際の実験参B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
本研究は新潟大学倫理委員会の承認を受けて加者の脳波を記録して、自己開始運動に先行する指標として知られている運動準備電位を検討し実施した。
「自由意志に基づく行動」の単純な例としてた。長時間窓での計測に適した DC 記録によって「自由なタイミングでおこなう単純な運動（＝自脳波を計測し、短い時間窓で検討されることが多己開始運動）」を対象とし、運動のタイミングにい運動準備電位を長時間窓で算出した。

関する意図に注目して検討した。まず、実験参加

さらに、これまでに得られた結果をふまえ、自者が内因的な運動（自己開始運動、free timing

己開始運動をおこなう前の自発的な脳活動に実- 78 -

験的操作を加えることによって運動の発生に影響があるかどうかを行動実験により調べた。実験
参加者は、知覚できる強度の刺激（閾上刺激）が呈示されている条件とそうでない 2 条件（注視点のみ呈示し視覚刺激を呈示しない条件、閾下刺激を呈示する条件）のもとで自己開始運動をおこなった。視覚刺激は、1 秒間に 10 回反転する反転刺さらに、感覚野への刺激入力が自発的な運動の発生に影響を与えている可能性があることも示唆された。今後は刺激呈示の条件などをさらに検討し、実験参加者数を増やして脳波計測および行動実験をおこない、背景にある神経メカ
ニズムについてさらに詳細に検討する予定である。

激を用いた。
E.結論
C.研究結果
まず fMRI 実験に関して、複数の領域において、
自由なタイミングで実施する運動の前から徐々に増加するような神経活動が見られることが分かった。その領域は、先行研究ですでに報告のある補足運動野に加え、視覚野、聴覚野、楔前部、右半球の下頭頂小葉、右半球の下前頭回、島皮質であった。またこのような神経活動は、血流動態の遅れも考慮すると約 10 秒前から始まっていた。今回特に新しい結果となったのは、freetiming 条件においては感覚刺激がなかったにもかかわらず、視覚野と聴覚野において運動前から徐々に増加する活動が見られたことであった。
次に自己開始運動にともなう運動準備電位を検討した結果、運動をおこなうまでの時間が試行
ごとに、あるいは個人ごとにかなりばらついていることにより、運動準備電位の開始時点を決定することは難しいことが分かった。また、運動をおこなうまでの時間が長い被験者と短い被験者では運動準備電位の傾きが異なる傾向が見られた。
最後に行動実験の結果について、閾上刺激を呈示する条件では、視覚刺激を呈示しない条件および閾下刺激を呈示する条件よりも運動が生じるまでの時間が短くなることが分かった。

先行研究で報告のある補足運動野以外の領域にも徐々に上昇するような活動があったことから、内因的な意図に基づく行動は、以前考えられていたように補足運動野を中心とする
特定の少数の脳領域だけが究極の起源となって生じているというよりは、感覚野までをも含む複数の脳領域にまたがるネットワークの活動の上昇の中から生じていることが示唆された。また、運動実施前に自発的に上昇する脳活
動は、単なる相関ではなく運動の発生に対して因果関係がある可能性がある。

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表
1. なし
2.学会発表1. なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得なし
2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

D.考察
fMRI 実験の結果から、複数の脳領域において、

自己開始運動に先行する自発的な神経活動の上昇が見られ、感覚野までもが自由な意思決定に関与することが示唆された。
また、自己開始運動が発生するまでの時間と運動準備電位の傾きには相関関係があることから、行動開始前からの脳活動の増加が実際の行動の違いに関与していることが示唆された。

- 79 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

新しいフェロトーシス阻害システムによる神経細胞保護の検討

研究分担者

研究代表者 鳥居 征司 1）
久保田 知里 1），水野 寛之 1），金澤1）群馬大学 食健康科学教育研究センター

雅人 2）2）新潟大学 脳研究所

研究要旨
脳虚血による神経細胞死では活性酸素種の関与や酸化脂質の蓄積があり、鉄依存性の新規細胞死「フェロトーシス」の特徴に似ている。申請者は最近、細胞を使用したフェロトーシスの解析から新たな細胞死阻害剤（発表前のため非公表）を見出した。共同研究者・金澤博士の支援によりこの阻害剤の効果を脳疾患動物モデルで検証して、臨床応用に向けた基礎的エビデンスの確立を行う。

A.研究目的阻害剤-A は細胞モデルによるフェロトーシス解

虚血時の神経組織では、ペナンブラ領域を境

析実験で非常に強力な作用を発揮し、96 ウェルプ界にしてアポトーシス様、ネクローシス様双方

レートの隅に僅かに滴下したものでも、最も対極の細胞死形態が観察され、ネクローシス様細胞

側の細胞に作用し細胞死を抑制した。気体作用で死ではグルタチオン(GSH)の低下による活性酸

あることを裏付けるために、阻害剤-A を温めてガ素種(ROS)の増加と酸化酵素 12/15-リポキシゲ

ス成分を気密ガスバッグに集め、この一部を細胞ナーゼ(ヒトでは ALOX15)の関与などが見出され培養上に注入すると、フェロトーシスが完全に阻ている。フェロトーシスは 2012 年に提唱された

害された。

新規細胞死で、細胞内遊離鉄に依存した ROS お

本研究ではまず、マウスを用いた中大脳動脈

よび脂質過酸化の拡大を特徴としている。これ

永久閉塞モデルを作製して、気化させた阻害剤

までにグルタチオン・ペルオキシダーゼ 4-A が生体にどのような影響を与えるかを観察す(GPX4)が 抑 制 機 構 の 中 心 で あ る こ と が解明る。また本共同研究では、金澤博士の指導のもとされており、申請者もまた、オートファジーお自家血血栓によるラット脳塞栓モデル、あるいはよびリソソーム機能の関与や膜上の ALOX15 活

ラット糸再灌流モデルを作成し解析を行う。動物性の重要性などを明らかにしてきた。これらの実験においては動物の苦痛軽減に努力し、適切に研究成果から、虚血性神経細胞死とフェロトー

麻酔薬や鎮痛薬を使用するなど倫理的に配慮しシスに多くの共通性があることが判明している。

て行う。

最近申請者は、１つの低分子化合物（仮名：阻阻害剤-A の気化は 30 度程度でも確認されてい害剤-A）が気体としてフェロトーシスを阻害する

るが、さまざまな投与法を検討する。梗塞巣の大ことを見つけた。本研究では、ラットを用いた再きさの評価は TTC 染色や MRI を使用して行う。ま灌流モデルに実績のある金澤雅人博士との共同たフェロトーシスに関連する ALOX15 や GPX4、脂研究により、阻害剤-A の気体成分による神経細胞

質過酸化の最終産物として知られる死抑制効果を明らかにする。

4-hydroxy-nonenal に 対 す る 抗 体 を 使 用 し た
組織染色を行い、脳神経細胞死とフェロトーシ

B.研究方法スの相関をみる。明らかな抑制効果が得られた- 80 -

際には、運動機能や四 肢の麻痺、摂食障害な
ど 機 能 学 的 な 評 価 を 行 う と と も に 、 阻害剤-Aの代謝経路の特定、毒性試験などを詳しく進める。
C.研究結果まず阻害剤-A の気化成分について GC-MS で分析を行った。室温以上で安定的に気化されること、気化成分が再び水溶液となることなどを確認した。マウスを用いた中大脳動脈永久閉塞モデルにおいては 、投与濃度や投与時間、器具等を使った投与方法について検討し、有効性を示す一定の条件を決定した。重要なことに、脳保護効果があり治療に用いられている薬剤エダラボンと比較して、明らかに脳障害体積が小さかったことか
ら、阻害剤-A の吸入投与による脳梗塞抑制効果が確認された。
D.考察
本研究ではマウスを用いて中大脳動脈永久閉塞モデルを作成し、阻害剤-A による脳保護効果を認定した。また脳研究所・金澤博士の指導のもと、マウス再灌流モデルを用いた解析を進めてきた。
しかし通常ラットで作成されるモデルであるため、マウスでの手技は難しく現時点で保護効果の検証に至っていない。今後、同様の結果が複数のモデルで確認されたとき、臨床において虚血再灌
流に伴う組織障害の抑制および therapeutic time
window 延長につながるものと考えている。
E.結論
マウスを用いた中大脳動脈永久閉塞モデルにおいて、フェロトーシス阻害剤による脳保護効果が確認された。

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なし（作成中）2.学会発表なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得
出願手続き中- 81 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

慢性疼痛関連分子を標的とした脳および脊髄での機能的解明

研究分担者

研究代表者 片野 泰代 1）
阿部 学 2） 笹岡 俊邦 2）﨑村 建司 2）

1）関西医科大学医化学 2）新潟大学脳研究所
研究要旨
神経障害性疼痛などの慢性疼痛時には、非侵害性刺激である低閾値の刺激を、激しい痛みとして認識する「アロディニア」が認められる。アロディニアでは脊髄後角において、低閾値刺激を高閾値刺激として投射する病態依存的な神経回路の形成が生じる。このアロディニアの発症に関わる分子の一つとして、Brain enriched guanylate kinase associated protein （BEGAIN）を同定しており、さらに BEGAIN は脊髄後角の IIi-IIIo 層に限局して発現することを明らかにしている。このことから、ア
ロディニア発症の機序の一つである病態依存的な脊髄内神経回路の再編成に BEGAIN および
BEGAIN 陽性細胞が関わることが予想される。そのことから、脊髄後角における BEGAIN 陽性細胞の性格付けと痛みへの関与について解析を進めている。

主に、樹状突起に局在していることに加え、in situ

A.研究目的
慢性疼痛病態では、中枢神経系で触覚あるいはhybridization 法では、翻訳される mRNA のみを選痛覚の感受性を亢進させる可塑的変化である中択的に検出することが困難であることを確認し枢性感作が生じている。脊髄ではこの基盤として、ている。よって、BEGAIN プロモーター下流で病態依存的な脊髄内神経回路の形成、増強が報告

3x Venus および Cre recombinase を発現するレポー

されている。この回路形成にかかわる脊髄内介在ター・ドライバーマウスの作製を新潟大学脳研究ニューロンは、特定神経細胞のマーカータンパク

所との共同研究・支援を受けて行った。

質により可視化、電気生理学的な解析などから性格付けされてきた。

C.研究結果我々は、BEGAIN ノックアウトマウスを陰性対

BEGAIN レ ポ ー タ ー ･ ド ラ イ バ ー マ ウ ス の象とした免疫染色法により、BEGAIN 蛋白の発現

Venus 蛍光により BEGAIN 陽性細胞の検出を試みが、脊髄後角で痛みの伝達修飾に重要な IIi-IIIo 層

たが、発現が極めて弱く、Venus 蛍光によってに限局することを明らかにしている。この領域に

BEGAIN 陽性細胞を可視化することはできなった。

は、多くの介在ニューロンが存在する。そのこと

そのことから、Cre recombinase による組み換えにから、BEGAIN 陽性介在ニューロンを同定し、そよ りの性格付けを行うことで、BEGAIN の慢性疼痛病

CAGfS-tdTomato/R26 マウスを新潟大学脳研究所

態依存的な脊髄内神経回路への関与について明より供与いただき、本マウスと BEGAIN レポータ

らかにすることを目的とする。

ー･ドライバーマウスを交配、BEGAIN 陽性細胞

tdTomato

蛋 白 が 発 現 す るの可視化を行った。その結果、脊髄後角において、主に浅層に tdTomato 陽性ニューロンが検出されB.研究方法（倫理面への配慮を含む）
免疫染色法によって可視化される BEGAIN はた。本シグナルを用いて、現在これらニューロン- 82 -

の性格付けと、疼痛モデルにおける解析を進めている。BEGAIN 陽性ニューロンの一部の性格付けの成果については、日本神経科学会にて報告をお
こなった。
D.考察
in situ hybridization 法とは異なり、限局した領域
での BEGAIN 陽性神経細胞の可視化に、BEGAIN
レポーター･ドライバーマウスを用いることで成功している。よって、本マウスを用いることで、今後、神経障害性疼痛モデルによる BEGAIN 陽性細胞の病態への関与について明らかにできると考えている。その一方で、脊髄内での毛細血管での組み換えが認められており、その理由については今後検証予定である。
E.結論
免疫染色法で可視化された IIi-IIIo 層の BEGAIN
は DRG から輸送されたものではなく、脊髄後角浅層の神経細胞由来であることが示唆された。今後、疼痛モデルを用いた解析により、BEGAIN 陽性細胞の生理的および病態生理的役割について明らかにできる。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表該当なし
2.学会発表1.

片野泰代、阿部学、渡辺雅彦、崎村建司、
伊藤誠二、小林拓哉
脊髄における BEGAIN 陽性介在ニュー
ロンの可視化
第 43 回日本神経科学大会、Web 開催
2019 年 7 月 29 日ー8 月 1 日

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得なし
2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

- 83 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

側頭葉てんかんにおけるてんかん焦点の可視化-multimodality を用いた術前評価による外科手術の成績向上に向けて福多 真史 1）
藤井 幸彦 2）

研究代表者
研究分担者

1）国立病院機構西新潟中央病院脳神経外科 2）新潟大学脳研究所脳神経外科
研究要旨
側頭葉てんかんに対する側頭葉切除術は，てんかん外科の中では 60-80％と発作消失率が高いが，発作残存例が存在することは確かである．従来の発作症候，発作間欠時，発作時脳波検査，脳血流とベンゾジアゼピン受容体集積を調べる SPECT 検査，脳磁図検査に加えて，脳研究所での高密度脳波計
検査，FDG-PET 検査が，更なる焦点同定のための有用な情報が得られ，術後の成績向上に貢献するのかを検討することがこの研究の目的である．高密度脳波計検査の解析はまだ行っていないが，現在までに，9 例の側頭葉てんかんの術前検査においては，少なくとも FDG-PET 検査は有用な情報をもたらす可能性が示唆された．今後症例を蓄積して，側頭葉てんかんの術後の予後を向上させるため，これら 2 つの検査の術前評価としての有用性を検証する予定である．

1．てんかん外科の対象となる側頭葉てんかん

A.研究目的
現在，側頭葉てんかんに対して行われている前患者 10 名を対象とする．
2．当院での MRI,SPECT 検査，発作間欠時，発側頭葉切除，海馬扁桃体切除術は，てんかん診療ガイドライン 2018 においても推奨されていて，

作時頭皮脳波検査を行う．
3．脳研究所で高密度脳波計検査，新潟大学で海馬硬化や腫瘍性病変などがある症例では術後発 作 消 失 率 が 60-80 ％ と 高 い ． 一 方 で 残 り の

FDG-PET 検査を行う．
4．それぞれの検査所見からてんかん焦点（側20-40％は発作消失に至らず，また病変が認められない場合の発作消失率は 50％程度と低下する．

方性，内側か外側か）の局在を評価する．
5．実際にてんかん外科を行った症例で術後予

側頭葉てんかんの焦点診断には左右の側方性と内側か外側かの術前評価が重要である．当院で後を評価する．
6．発作消失例と残存例で術前評価としての各は発作症候の他に，脳血流，ベンゾジアゼピン受容体分布を調べる SPECT 検査，発作間欠時，発作検査の有用性を検討する．

時頭皮脳波，脳磁図を行ってきたが，新潟大学には FDG-PET，256 チャンネルの高密度脳波計があC.研究結果る．これらの検査を追加することによって，てん2016 年 1 月から 2021 年 3 月まで新潟大学でのかん焦点の検出向上に寄与できるかどうかを検追加検査をお願いした側頭葉てんかん症例は 22

討するものである．

例で，このうち，高密度脳波計検査，FDG-PET 検査を施行した症例が 9 例であった．
9 例中すでに手術が行われたのが 7 例で，7 例

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）- 84 -

中 3 例は頭蓋内電極を留置した後に焦点切除術をれば，側頭葉てんかんの焦点同定の正確性がより施行した．この 3 例中 2 例は発作が完全に抑制さ向上し，術後の予後にも寄与できると思われる．

れておらず，1 例は両側性の可能性があり，迷走今後手術症例を増やし，術後長期の観察期間に神経刺激療法を追加し，1 例は意識減損を伴わなおける予後を検討し，FDG-PET,今後解析予定の高い焦点発作が月単位で残存している．頭蓋内電極

密度脳波計検査の有用性について，研究を継続しを留置しなかった 4 例は全例，前側頭葉切除，海ていく予定である．

馬扁桃体切除術を行っていて，まだ術後観察期間が短い症例も含まれているが，今のところ発作はE.結論

消失している．

側頭葉てんかんの焦点検索において，FDG-PET

高密度脳波計検査の解析はまだ行われていな

検査を加えることで，焦点同定の向上に寄与でき

いが，FDG-PET については，手術を施行した 7 例る可能性が示唆された．今後高密度脳波計検査の中 5 例で施行されて，いずれも焦点側での糖代謝解析を進め，手術症例を蓄積して，これらの術前低下が確認された．5 例中 3 例は，術前の MRI 画検査の有用性について検証する予定である．

像で明らかな所見がなかった，いわゆるnon-lesional の側頭葉てんかんで，FDG-PET 検査
は焦点検索において有用であった．

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Ayako Furusawa, Akiyoshi

D.考察
高密度脳波計検査の解析がまだ行われていな

Kakita,Yoishi

Chiba,

Hiroki

Kitaura,Yukihiko

Fujii,

Masafumi

Fukuda,い状況の中だが，少なくとも FDG-PET 検査についShigeki Kameyama, Atsuyoshi Shimada:ては，側頭葉てんかんの焦点検索において有用でProteomic

あることが示唆された．

between mesial temporal lobe epilepsy

FDG-PET がてんかん焦点の同定に有用であるこwithprofileanddifferentiating

without

hippocampalとは従来から言われているが，術前の MRI 画像で

sclerosis. Epilepsy Res, 168: 106502,

海馬硬化，海馬萎縮の所見が認められない症例で

2020

も，FDG-PET 検査で側頭葉とくに内側の糖代謝低下が捉えられるというのは，側頭葉てんかんの焦点検索，手術の成績向上には大きな意味があると

2.学会発表
1. 第 62 回日本小児神経外科学会学術集会

思われる．手術を施行した 5 例のうち 1 例はてんWeb 開催（2020 年 8 月 18 日〜20 日，

かん焦点の確認のために頭蓋内電極を入れて，慢東京）性脳波記録を行ったが，発作起始部は FDG-PET で

小児難治性てんかんに対する外科治療

糖代謝低下が認められた右内側であることが確の実際認できた．また海馬硬化，萎縮が認められている

福多真史，増田 浩，白水洋史，伊藤陽症例においては，FDG-PET での糖代謝低下が側頭祐，村井志乃，藤井幸彦

葉内側のみなのか，側頭葉先端部を含めて広い範2. Stroke 2020 Web 開催 (2020 年 8 月 23

囲なのかを確認することが可能であり，それによ〜25 日，横浜)って前側頭葉切除を加えた方がいいのか，海馬扁

てんかん焦点を意識した海綿状血管腫

桃体切除だけでいいのかという術式選択の有用

摘出の工夫な情報にもなり得ると思われる．

福多真史，増田 浩，白水洋史，伊藤陽

高密度脳波計については，まだ解析が進んでいないが，頬部まで電極を覆うことができるので，

祐，村井志乃，平石哲也，大石 誠，藤井幸彦

側頭葉内側，先端部のてんかん性異常波が捉えら

3. 日本脳神経外科学会第 79 回学術総会れやすい．FDG-PET 検査に加えて，高密度脳波計

Web 開催（2020 年 10 月 15 日〜17 日，岡検査でのてんかん性異常波の広がりが確認でき山）
迷走神経刺激療法がベンゾジアゼピン- 85 -

受容体に与える影響について
福多真史，増田 浩，白水洋史，伊藤陽祐，熊谷駿介，藤井幸彦
4. 日本臨床神経生理学会学術大会第 50 回記念大会（2020 年 11 月 26 日〜28 日，
京都）
てんかん外科における術中モニタリング
福多真史，増田 浩，白水洋史，伊藤陽祐，藤井幸彦5. 第 74 回新潟脳神経懇話会（2020 年 12
月 12 日，Web 開催，新潟市）
深層学習による海馬硬化を伴う内側側頭葉てんかんの推定
伊藤陽祐，福多真史
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得なし
2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

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令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

微小管結合タンパク質を中心としたゲノム解析と機能解析

研究分担者

研究代表者 宮坂 知宏 1）
宮下 哲典 2）
，御園生 裕明 3），原 範和 2），池内 健 2）1）同志社大学生命医科学部 2）新潟大学脳研究所遺伝子機能解析学分野 3）同志社大学脳科学研
究科
研究要旨
微小管結合タンパク質 (MAPs) にはタウタンパク質をはじめ多数知られており、それぞれ微小管の安定性や機能調節に寄与していると考えられている。このうち、タウは病理学的、遺伝学的にも認知症と強い関連が認められるものの、他の MAPs については疾患との関わりを示唆する報告は無い。本
研究では、MAPs に特化したゲノムバリアント情報と認知症との関係を再検証し、新たに見出されたバリアントについて MAPs の機能解析を行い、その生理機能への影響解明を目指した。
健常例、 MCI 例、アルツハイマー病 (AD) 例を含む Whole exome sequence データから、AD に関連した MAPT および MAP2 のレアバリアントを同定した。このうち MAP2 のバリアント X および Yについては新規であり、健常例、MCI 例には認められなかった。これら MAP2 バリアントの生理機能への影響を解析する目的で、変異型リコンビナント MAP2 を作成、精製した。また、各 MAPs の欠損
マウス脳における RNA-seq を行い、新たな mRNA 発現ライブラリーを構築した。

A.研究目的変異や SNP が特定の疾患に対する責任遺伝子と微小管結合タンパク質 (MAPs) にはタウタンなり得る可能性を意味している。

パク質、Microtubule associated protein2 (MAP2)、

本研究では MAPs に特化したゲノムバリアント

MAP1B、MAP1A、MAP6 など多数知られており、その解析と臨床症状との関係を再検証し、ヒト脳にれぞれ微小管の安定性や機能調節に寄与していおける MAPs の個々、あるいは複合的な神経機能ると考えられている。このうち、タウタンパク質への影響について検証する。得られた結果についはアルツハイマー病をはじめとする認知症の主ては、同志社大学において確立されている複数の要病理を形成するとともに、家族性認知症

MAPs 機能解析に供し、その生理機能への影響を(FTDP-17) の原因遺伝子としても知られている。

検証する。本研究の成果は、神経機能を支える微これに対し、タウ以外の MAPs については脳神経

小管およびその機能を調節するタンパク質群に疾患との関わりを示唆する報告は無い。最近の同ついての臨床的意義を明確にするとともに、翻っ

志社大学神経病理学研究室における遺伝子改変て認知症にかかわるタウタンパク質の特異的な動物を用いた研究の成果として、これら MAPs 欠

機能を明らかとするものである。

損で特徴的な表現型が確認されている。これらの結果は、これまで微小管への相補的な安定化としB.研究方法（倫理面への配慮を含む）て信じられてきた一部 MAPs の分子機能に対し、新潟大学脳研究所遺伝子機能解析学分野にお固有の生理機能が期待される事、個々の MAPs のいて、これまでに解析した J-ADNI ゲノムサンプ- 87 -

ルの Whole exome sequence データをもとに MAPT,

すもの、変異アリル頻度が十分に低いもの、脳で

MAP2 遺伝子について Mutant Allele Frequency、の明確な発現が認められるもの、疾患との関係性

PEXT Score、CADD score をもとに絞り込みを行が期待されるものについて絞り込みを行った結い、認知症との高い関係が疑われるレアバリアン

果、MAPT では１例、MAP2 には２例の変異を同定

トを同定した。

した。タウの変異については既知であったが、得られたバリアント情報をもとに同志社大学

MAP2 についてはこれまで報告にないレアバリア

で保有する human MAP2C 大腸菌発現ベクターをントであった。これをバリアント X, Y とした。

もとに site directed mutagenesis により変異型それぞれの変異アミノ酸部位およびこれまでに

MAP2 発現ベクターを作成した。さらにこれらプ同志社大学でおこなってきた MAP2 の生理機能

ラスミドを用いて、野性型 MAP2、バリアントに対するドメイン解析の結果から、これらの変異

X-MAP2、バリアント Y-MAP2 リコンビナントタン

は MAP2 の神経細胞内局在、あるいは微小管へのパク質を大腸菌 BL21 (DE3) 株に誘導発現させ、機能に影響を与える可能性が示唆された。

+

Ni -Sepharose カラムを用いて精製した。得られ得られたバリアント X, Y の MAP2 への影響にたタンパク質について SDS-PAGE / CBB 染色を行ついて検証する目的で、リコンビナントの作成を

い、精製度、回収量について検証した。

試みた。既存の His-MAPs 精製法を応用すること

野 性 型 マ ウ ス 脳 を 0.5 M NaCl を 添 加 し たにより、His-MAP2、His-X-MAP2、His-Y-MAP2 にMicrotubule Stabilization Buffer でホモジナ

ついてそれぞれ 1.500 mg, 1.755 mg, 2.040 mg のイズし、超遠心により内在性 MAPs を持たない微高純度タンパク質を精製した。現在、これらを用

小管画分を得た。得られた微小管と各リコンビナ

いてマウス脳より精製した安定微小管に対するント MAP2 を混和し、4℃, 30 分静置した後に超結合解析法の検討を行っており、安定した微小管

遠心分離し、微小管結合画分および非結合画分をへの結合条件を見出したところである。さらに次得た。各画分に得られた MAP2 について Western

年度においてチューブリン重合促進活性、さらに

blotting 法により定量した。

は神経細胞内における局在解析を行う予定であ３ヶ月齢の雄 WT、TKO、MKO、DKO マウスからる。

脳幹を摘出し、-80℃で凍結保存した。ISOGEN-LS

これまでの解析から TKO では明確な発達障害、中でホモジナイズし、規定の手法に基づき total

形態学的異常はおこらないものの、様々な表現型

RNA を調整した。得られた RNA について定量おが報告されている。MKO マウスについては同志社

よび Agarose gel 電気泳動により quality check

大学における先行研究において生理学的な機能を行った。

障害が認められている。これらは MAPs 単独の機脳幹より得られた total RNA より RNA-seq ラ

能損失が様々な神経機能へ影響を及ぼす可能性

イブラリを作成し、NextSeq500 でシークエンス

を示している。MAPs 欠損の遺伝子発現への影響解析を行った、得られたシークエンスリードにつを調べる目的で、各系統脳より得られた total

いてマウス参照配列 (GRCm38: Ensembli release

RNA をもちいた RNA-seq 解析を行った。得られ102) マッピングを行い、 DESeq2 v1.30.1 を用たシークエンスリードについて主成分分析を行いて発現変動解析を行った。

った結果、WT, TKO, MKO については特徴的な発本研究は同志社大学動物実験委員会 (A20039

現パターンが確認された。DKO については TKO,号) および同志社大学組換えＤＮＡ実験安全管

MKO の特徴を併せ持つ発現パターンであること

理委員会 (D20024 号)の承認を得て行った。

が確認された。また、クラスター解析の結果、タウまたは MAP2 の欠損で発現が変動する mRNA

C.研究結果群を同定した。

J-ADNI で集積された健常 147 例、MCI 221 例、AD 140 例を対象に行った Whole exome sequence

D.考察

データをもとに、MAPT および MAP2 遺伝子のバ

マウスにおいて、タウあるいは MAP2 の欠損にリアントを検索した。さらにアミノ酸変異をおこより特徴的な表現型と遺伝子発現パターンの変- 88 -

動が認められた事から、各 MAPs は生体において独自の機能を有していること、さらにその機能損
失は何らかのステップを介し、神経細胞の機能さ
らには遺伝子発現に影響を与えいてると考えられ る。 これら モデ ル動物 より 得られ た情 報はMAPs の疾患に関与する未知のレアバリアントの可能性を示唆するものである。
E.結論
MAPs には疾患や機能損失に関わる可能性があるレアバリアントがあり、その代表として MAP2には X、Y といったものがある。また、タウ、MAP2の欠損によりそれぞれに特徴的な発現変動を呈する遺伝子群がある。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表特になし。
2.学会発表特になし。
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得
特になし。
2.実用新案登録
特になし。
3.その他
特になし。

- 89 -

令和2年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

マウス遺伝学を用いた体性感覚系神経回路発達の解析研究代表者 岩里 琢治 1），2)
研究分担者 笹岡 俊邦 3）
研究分担者 中川 直樹 1），2)
1）情報・システム研究機構国立遺伝学研究所神経回路構築研究室
2）総合研究大学院大学生命科学研究科遺伝学専攻
3）新潟大学脳研究所

研究要旨
ヒトを含む高等動物の感覚系神経回路は、胎児期後期から子供の時期にかけて自発活動や感覚入力といった神経活動の影響を受けながら成熟する。マウスを用いてその仕組みを理解することは、ヒトの脳が成長期に環境の影響を受けながら正常に発達する機構やその破綻としての発達障害を理解する上で重要である。われわれは、げっ歯類の主要な体性感覚器である頬ヒゲからの触覚情報の処理を行う体性感覚系神経回路をモデルとして、マウス遺伝学の手法を用いることによって、活動依存的な神経回路発達のメカニズ
ムの理解を目指している。本課題では特に三叉神経経路の脳幹において回路が精緻化されるメカニズム、および、脳幹での回路精緻化が下流にあたる視床や大脳皮質の回路に与える影響について解析を行っている。
A.研究目的行ってきた。

哺乳類など高等動物の感覚系神経回路が機能的な回路として成熟するためには、ゲノムの遺伝

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

情報に加えて、胎児期後期から子供の時期にかけ

マウスでは、主要な体性感覚器であるヒゲからの触て自発活動や感覚入力といった神経活動による覚刺激の情報を伝達する三叉神経経経路において、精緻化を受けることが重要である。マウスを用い中継核である脳幹と視床および大脳皮質の第 4 層にて生後発達期における活動依存的な神経回路精それぞれバレレット、バレロイド、バレルとよばれる、緻化の仕組みを理解することは、ヒトの脳が成長

頬におけるヒゲの配置に対応したトポグラフィックな体期に環境の影響を受けながら正常に発達する機性感覚マップが形成される。これらをモデルとして神構やその破綻としての発達障害を理解する上で

経活動依存的な神経回路発達に関する解析を行っ重要である。われわれは、げっ歯類の主要な体性感

た。NMDA 型グルタミン酸受容体（NMDA 受容体）の覚器である頬ヒゲからの触覚情報の処理を行う三叉必須サブユニットである NR1 を脳幹特異的に欠損

神経経路を主要なモデルとして、マウス遺伝学の手するマウスを作製したが、このマウスを用いて体法を用いることによって、活動依存的な神経回路発性感覚回路の脳幹、視床、大脳皮質における回路達のメカニズムの理解を目指している。本課題では精緻化に関して、主に組織学的手法を用いて解析

脳幹特異的に NMDA 受容体機能が失われた条件を行った。組換え DNA 実験は、法律と所属機関

的遺伝子ノックアウトマウスを用いて、脳幹での回路の規程に従い、機関長に承認された計画に沿って精緻化のメカニズム、および、それが下流にあたる視行った。動物を使用する実験は、文科省の定める

床や大脳皮質の回路に与える影響について解析を指針と所属研究機関の規程に従い、機関長に承認- 90 -

された計画に沿って行った。特定化学物質等の取り扱いについては、所属研究機関の規程に従い使用した。研究に用いた実験動物・試薬などの提供
に関する MTA は提携済みである。

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表該当なし
2.学会発表1． 岩里琢治（招待講演）
神経回路精緻化メカニズムの遺伝学的解析

C.研究結果、考察
脳幹特異的に Cre を発現するトランスジェニックマ

新潟大学脳研究所共同利用共同研究合同セミナ
2021 年 1 月 20 日（オンライン）

ウスの一系統と NMDA 受容体必須サブユニットー

NR1 の flox マウスを交配して作製した脳幹特異的2． 岩里琢治、中沢信吾、水野秀信

NR1 欠損マウスを用いた。このマウスの脳幹を CO

バレル野第 4 層における発達に伴う自発活動相転染色によって解析したところ、バレレットが形成されて移いないことが見いだされた。前シナプスマーカーでのSpontaneous Activity in Barrel Cortex Layer 4)

免疫組織化学染色でも同様の結果が得られ、脳幹の NMDA 受容体がバレレット形成に必須であることが確認された。しかしながら、同時に視床のバレロイ
ドと大脳皮質のバレルは一定レベル形成されていることも見出された。この解析で用いた脳幹特異的 Cre(Developmental

Phase

Transitionsof

第 43 回日本神経科学大会 2020 年 7 月 29 日-8
月 1 日（オンライン）ポスター
3． 中川直樹
ゴルジ体ダイナミクスによる大脳皮質神経細胞

マウスの脳幹での組換え効率を定量的に解析したとの樹状突起精緻化 (Intracellular dynamics of

ころ、完全なノックアウトになっていないことが明らかとtheなった。この問題を解決するために、新たな脳幹特refinement in the developing barrel cortex)

異的 Cre マウスを作製し、上記の Cre マウスと組み合第 14 回神経発生討論会 2021 年 3 月 19 日-20

わせて用いることにより、脳幹の神経細胞のほぼすべ

日（オンライン）口演てで遺伝子ノックアウトすることが可能となった。この 2
種類の Cre マウスを組み合わせて用いた NR1 ノック
アウトマウスの脳幹、視床、大脳皮質を CO 染色を含

Golgi

apparatus

regulate

dendritic

主催：竹林浩秀 (新潟大学)、平島正則 (新潟大学
4． 中川直樹（招待講演）

む各種の組織学的手法で解析したところ、バレレット

Spatial remodeling and organelle dynamics ofだけでなく、バレロイド、バレル形成も形成されないこL4 neurons during thalamocortical moduleとが明らかとなった。これらの結果は、脳幹でのformation in the mouse barrel cortex

NMDA 受容体が脳幹での回路精緻化だけでなく、

遺 伝 研 研 究 会 Circuit Construction in the

下流である視床や大脳皮質回路の精緻化にも間接

Mammalian Brain

的に重要な役割を担うことを示すものである。

ンライン）

一方、最初に述べた脳幹特異的 NR1 欠損マウス
において、バレレットが形成されないにもかかわらずバレロイド、バレルが形成されることは、上流にあたる
脳幹での回路精緻化が不十分でも下流にあたる視2020 年 12 月 11 日-12 日（オ5． 中川直樹、中沢信吾、岩里琢治
長期 in vivo イメージングによるバレル構造形成
過 程の神 経細胞 動 態 解析 (Long-term in vivo

床や大脳皮質でそれを代償する仕組みがあることを

imaging of spatial remodeling of cortical L4示唆すると考えられ、興味深い。これらのことを明確

neurons for the barrel module formation)にするための解析をさらに進めている。

第 43 回日本神経科学大会 2020 年 7 月 29 日-8

本研究は、遺伝子変異マウスの作製とそれを用い

月 1 日（オンライン）ポスター

た神経回路解析に関して豊富な知識と経験を有する

6 ． Luwei

新潟大学脳研究所の笹岡俊邦教授の協力を得るこ

Hidenobu MIZUNO, Takuji IWASATOとによって、効率的な研究遂行が可能となったものであり、本共同研究によるご支援に感謝いたします。

Exploring

WANG,
the

Shingomechanisms

NAKAZAWA,ofdendriticrefinement in neonatal mouse barrel cortex via
in vivo high time-resolution imaging- 91 -

第 43 回日本神経科学大会 2020 年 7 月 29 日-8
月 1 日（オンライン）ポスター
7． 中嶋ちえみ、鈴木亜友美、岩里琢治
脳幹 NMDA 受容体欠損マウスの体性感覚神経回路 (Neural circuits in the ascending trigeminal
pathway in the mice devoid of brainstem
NMDA receptors)
第 43 回日本神経科学大会 2020 年 7 月 29 日-8
月 1 日（オンライン）ポスター
8．

Piu BANERJEE, Hidenobu MIZUNO,

Takuji IWASATO
Deciphering the source and mechanism ofpatchwork-type spontaneous activity in the
neonatal mouse barrel cortex
第 43 回日本神経科学大会 2020 年 7 月 29 日-8
月 1 日（オンライン）ポスター
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得
該当なし
2.実用新案登録
該当なし
3.その他
該当なし

- 92 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

アルツハイマー病タウ蓄積および変性に対する aquaporin-4 機能促進薬
TGN-073 の効果の検証
山田 薫 1）
研究分担者 五十嵐 博中 2）
研究代表者

1）東京大学医学系研究科 2）新潟大学脳研究所
研究要旨
アルツハイマー病をはじめとする複数の神経変性疾患はタウオパチーと呼ばれ、細胞内におけるタ
ウの異常蓄積が神経細胞死の原因となっている。研究代表者はこれまでに glymphatic clearance に主要な役割を果たす Aquaporin-4 (AQP4)が、細胞外液中のタウのクリアランスに関与すること AQP4 の欠損によりリン酸化タウ蓄積、及び神経変性が著明に増悪することを見出した。この研究結果に基づき、本共同研究では、脳研究所五十嵐博中教授により作出された TGN-073 を用い、AQP4 の機能促進がタウの異常蓄積と神経変性に与える影響について解析した。タウオパチーモデルマウス PS19 において、6 か月齢から 3 か月間 TGN-073 を投与すると、可溶性タウ、不溶性タウともに低下することから、
glymphatic clearance の促進がタウ除去に重要な役割を果たすことが示唆された。

A.研究目的期の治療モデルとして 6 か月齢から 3 か月間投与
し、免疫組織化学及び生化学的解析により、リン

近年アルツハイマー病患者脳において、タウの病
理が細胞外腔を介し細胞間伝播することが明ら

酸化タウの蓄積及び神経細胞死に対する効果を検証した。

かになり、細胞外タウの動態が大きな注目を集めている。本研究では脳細胞外液中の物質クリアラ
ンスに重要な glymphatic clearance に着目し、C.研究結果五十嵐教授との共同研究によって glymphatic
clearance を亢進させる aquaporin-4 機能促進薬
TGN-073 が、タウの異常タウ蓄積や神経変性に与える影響を解析することを目標とする。

TGN-075 を PS19 に 6 か月齢から 3 ヶ月間投与する実験を行った。TGN-073 投与マウスの脳を段階的生化学的抽出法により解析すると、可溶性タウ、不溶性タウともに、TGN-073 投与で有意な低下を認め、glymphatic clearance の促進が、脳内タウB.研究方法（倫理面への配慮を含む）の除去を促進することが示唆された。

ヒト P301S 変異型タウを過剰発現する PS19 マウ
スでは 6 か月齢からリン酸化タウの異常蓄積が開始し 、9〜12 か月齢において神経細胞死が生じる

D.考察

ことが知られている。そこで aquaporin-4 機能促

本実験結果により、TGN-073 の投与は脳内タウ量

進薬 TGN -073 を、リン酸化タウ蓄積開始前の早を低下させることが示唆された。今後、組織学的- 93 -

にもリン酸化タウの蓄積が減少しているか検討する予定である。また本実験では短期投与を行ったが、TGN-073 がタウによる神経変性にどのような影響を及ぼすかについては長期投与を行い解析する必要がある。

E.結論
Glymphatic clearance の促進はタウオパチーにおけるタウ蓄積の抑制において有効であると考えられる。

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表該当なし
2.学会発表該当なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
該当なし- 94 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

SCA42 モデルマウスを用いた神経変性疾患病態解明、治療法開発
土井 宏 1）
研究分担者 笹岡 俊邦 2），田中 章景 1）
研究代表者

1）横浜市立大学大学院医学研究科神経内科学・脳卒中医学
2）新潟大学脳研究所動物資源開発研究分野
研究要旨

CACNA1G は、低電位活性化型の T 型電位依存性カルシウムチャネル（VGCC）の一種である CaV3.1 をコードしており、神経細胞の興奮性の制御に重要な役割を果たしている。申請者らは CACNA1G の R1715H
変異を CRISPR/Cas9 を用いたゲノム編集により導入したノックインマウス（Cacna1g_R1723H_KI マウス）を作成し、10~50 週でヘテロ、ホモノックインマウスともに Rotarod test、Foot print test において失調症状を認めることを確認した。また病理学的には 50 週の時点でヘテロ、ホモノックインマ
ウス共に Purkinje 細胞（PC）脱落を認め、スライスカルチャーを用いた PC の電気生理学的検査において、ホモのノックインマウスで電流電圧曲線の変化、rebound firing の減少を認めた。このように、申請者らは脊髄小脳失調症 42 型（SCA42）モデルマウスの確立に成功し、論文発表している。本研究では我々が新たに確立した SCA42 モデルマウスを用いて、RNA sequencing による小脳遺伝子発現変化の解析、in vivo での PC の電気生理学的解析を通じた SCA42 病態解明、さらに T 型 VGCC 機能修飾薬
による SCA42 治療法開発を目的としている。

A.研究目的症状が出始める 15 週齢、および安定して症状をSCA42 の病態解明と、治療法開発を目的として研呈する 30 週齢、50 週齢の野生型、ヘテロおよび究を進める。病態解析としては RNA sequencing

ホモノックインマウスの小脳から RNA を抽出し、によって SCA42 モデルマウスの小脳における遺伝

RNA sequencing による網羅的解析を行う。野生型

子発現変化の検索を行い、変異が神経変性を惹起とヘテロおよびホモノックインマウス間で発現する機序の解明を目指す。また、in vivo で PC のが変化する遺伝子のパスウェイを同定し、チャネ発火異常を検出し、生体内での電気生理学的異常

ル機能障害から神経変性へ至る病的機序の解明、を評価する。治療法開発としては、T 型 VGCC 機能

新たな治療ターゲットの同定を目指す。

修飾薬投与下に表現型解析、in vivo 電気生理学

In vivo での PC の電気生理学的解析

的解析を行うことで、チャネル機能修飾による

慈恵医科大学薬理学教室との共同研究により、野SCA 治療の可能性について明らかにすることを目

生型、ヘテロおよびホモノックインマウスの PC的とする。

から直接電気的活動を記録することで、生体内で実際に起こっている PC の異常を明らかにする。

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

PC 解析においては、近年開発されたチャネルロド

RNA sequencing による小脳遺伝子発現変化の解

プシン 2 を用いた光遺伝学を応用し、青色光照射

析により PC が選択的に発火するトランスジェニッ- 95 -

クマウス（Ai32×L7-Cre マウス, Barski, JJ, et

され、50 週では PC 変性が改善している所見が得

al., Genesis, 2000; Madisen L, et al., Natられている。すなわち、T 型 VGCC 機能阻害薬投与

Neurosci, 2012 ） を 本 研 究 の 対 象 と な るは SCA42 治療に非常に有望であると考えられる。

Cacna1g_R1723H_KI マウスと交配することで、各また T 型 VGCC 機能活性化薬についても投与実験

ジェノタイプにおいて青色光照射により PC の同を行っている。

定を可能にしたうえで、異常な発火パターンの有
無とその性質を解析する。

D.考察
申請者らが作成した Cacna1g_R1723H_KI ヘテロ

T 型 VGCC 機能修飾薬による SCA42 治療法開発
機 能 修 飾 薬 と し て は 、 変 異 がノックイン、ホモノックインマウスともに

gain-of-toxic-function であるとの立場からは T

Rotarod test において緩徐進行性の運動機能の低型 VGCC 阻害薬を、loss of function の立場から、下を認めている。ヒトにおける表現型としては、

カルシウムチャネル活性化薬（東北大学薬理学教20～30 台発症で非常に緩徐な小脳失調症状の進室との共同研究により、機能促進薬を投与）の効行を認めることから、これに合致する表現型と考果を検討する予定である。10 週以降のオスを対象

え、良好な動物モデルの作成に成功したと考えらとし、機能阻害薬または促進薬を経口投与し、新れる。また、50 週齢で PC 脱落が明らかとり、病潟大学脳研究所動物資源開発研究分野笹岡俊邦

理学的にも SCA42 の所見を再現することができて教授の指導の下、行動解析、病理学的評価を行う。

いる。本研究において T 型 VGCC 機能阻害薬投与

具体的には体重、飲水量の評価、Rotarod テスト,した結果では投与群で失調症状の改善を認め、さFoot Print テスト、PC 密度、分子層の変化の評らに PC 変性抑制効果を確認することができた。

価を行う。また①、②の RNA 解析、電気生理学的

今後 RNA sequencing、in vivo 解析により神経変解析で差が出た異常について、機能阻害薬または性、治療効果の病態基盤の解明を進めることによ

促進薬投薬前後での変化について評価を行う予り、SCA42 の疾患修飾療法開発へつながる可能性定である。

があると考えられる。

C.研究結果E.結論
SCA42 のモデルマウスに対するカルシウムチャ

RNA sequencing による小脳遺伝子発現変化の解析

ネル機能修飾薬の投与試験では、ヘテロノックイ

現在 15 週齢、30 週齢については、野生型、ヘテンマウスで失調改善、神経変性抑制効果を認め、ロおよびホモノックインマウスの小脳から RNA を疾患治療へ発展させていける可能性が示唆され抽出し、RNA sequencing による網羅的解析を行った。

て結果を解析中である。また 50 週齢についても
RNA 抽出まで行っている。
In vivo での PC の電気生理学的解析
現在、青色光照射により PC が選択的に発火する

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1.
Kunii M, Doi H, HashiguchiS,

Ai32×L7-Cre マウスと Cacna1g_R1723H_KI マウス

Matsuishi T, Sakai Y, Iai M, Okubo M,の交配を行っており、順調に解析可能なジェノタ

Nakamura H, Takahashi K, Katsumoto A, Tada

イプを持つマウスを得ることができている。

M, Takeuchi H, Ishikawa T, Miyake N, Saitsu

T 型 VGCC 機能修飾薬による SCA42 治療法開発

H, Matsumoto N, Tanaka F: De novo CACNA1G

現在 Cacna1g_R1723H_KI マウスにおいて Rotarodvariants

テスト、Footprint テスト、病理学的変化の検討

early-onset epileptic encephalopathies. J

により、T 型 VGCC 機能阻害薬の一種について、治Neurol Sci・416・117047・2020.

療効果の検証を進めている。その結果、ヘテロノ

2.

ックインマウスにおいて Rotarod テストで 30 週

Miyatake S, Katoh K, Frith MC, Asano T, Kudo

齢以降、有意に運動失調症状が改善することが示

Y, Ikeda T, Kubota S, Kunii M, Kitazawa Y,

indevelopmental

delay

and

Nakamura H, Doi H, Mitsuhashi S,

Tada M, Okamoto M, Joki H, Takeuchi H,- 96 -

Matsumoto N, Tanaka F: Long-read sequencing

会学術大会・2020 年 5 月・岡山．

identifies the pathogenic nucleotide repeat

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

expansion in RFC1 in a Japanese case of
CANVAS. J Hum Genet・65(5)・475-480・2020.
3.

Komiya H, Takeuchi H, Ogawa Y, Hatooka

Y, Takahashi K, Katsumoto A, Kubota S,
Nakamura H, Kunii M, Tada M, Doi H, Tanaka
F: CCR2 is localized in microglia andneurons, as well as infiltrating monocytes,
in the lumbar spinal cord of ALS mice. Mol
Brain・13(1)・64・2020.
4.

Doi H, Okubo M, Fukai R, Fujita A,

Mitsuhashi S, Takahashi K, Kunii M, Tada M,
Fukuda H, Mizuguchi T, Miyatake S, Miyake N,
Sone J, Sobue G, Takeuchi H, Matsumoto N,
Tanaka F: Reply to "GGC Repeat Expansion of

NOTCH2NLC

is

Rare

in

European

Leukoencephalopathy". Ann Neurol・88(3)・
642-643・2020.
5.

Ogasawara M, Iida A, Kumutpongpanich

T, Ozaki A, Oya Y, Konishi H, Nakamura A, Abe
R, Takai H, Hanajima R, Doi H, Tanaka F,
Nakamura H, Nonaka I, Wang Z, Hayashi S,
Noguchi S, Nishino I: CGG expansion in

NOTCH2NLC

isoculopharyngodistal
neurologicalassociatedwithmyopathywithmanifestations

・

Acta

Neuropathol Commun・8(1)・204・2020.
2.学会発表
1. 橋口俊太，土井宏，國井美紗子，中村行宏，志牟田美佐，鈴木江津子，大久保正紀, 窪田瞬，多田美紀子，児矢野繁，竹内英之，石川太郎，田中章景：Ataxic phenotype withaltered CaV3.1 channel property in a mousemodel for spinocerebellar ataxia 42．第61 回日本神経学会学術大会・2020 年 5 月・
岡山．
2. 土井宏，大久保正紀，深井綾子，國井美紗子，岸田日帯，高橋慶太，勝元敦子，多田美紀子，藤田京志，三橋里美，宮武聡子，伊藤泰広，上田直久，児矢野繁，竹内英之，松本直通，田中章景：Genetic analysis of adultleukoencephalopathies. 第 61 回日本神経学- 97 -

1.特許取得
該当なし。
2.実用新案登録
該当なし。
3.その他
該当なし。

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

ミクログリア機能修飾によるタウ病態の変化の検討

研究分担者

研究代表者 高堂 裕平 1）
金澤 雅人 2）
，樋口 真人 1），小野 麻衣子 1）

1）量子科学技術研究開発機構・量子生命・医学部門 2）新潟大学脳研究所脳神経内科学分野
研究要旨
ミクログリアの性質を変容することでタウ認知症病態が変容するか否かをイメージングにより検証することを課題とする。初代培養ミクログリアを薬剤刺激等により保護的ミクログリアに変容させ、これを疾患動物モデルの脳に注入する。保護的ミクログリアにより炎症が改善されるか、また、タウ蓄積など認知症でみられる変化が改善されるかを検討する。
A.研究目的を検証することを目的とし、下記を並行してすす

ミクログリアの機能修飾でタウ認知症病態がめる。

変化するか否かを検討することを本研究の目的①初代培養ミクログリアまたは株化ミクログリとする。脳のホメオスタシスや神経障害に重要なアを用いて、種々の刺激により保護的ミクログリ役割を果たしているミクログリアのうち、抗炎症アを作成することを目指す。

サイトカインを分泌し、組織のリモデリングによfluorescence-activated cell sorting（FACS)にる神経ネットワークの再生を促進させる保護的よりミクログリアの性状を確認の後、保護的ミク

ミクログリアに着目する。ミクログリアに薬剤やログリアをrTg4510に投与し、脳内の病態（神経種々の刺激を加えることにより保護的ミクログ

機能、タウ蓄積量等）がどう変化するかを検リアになるとの報告がある。また、保護的ミクロ証する。

グリアを虚血脳に動注し、脳血液関門や脈絡叢を②rTg4510マウスにおいて、ミクログリアを介して脳に移植することで、炎症を抑え虚血を改

CSF-1R阻害剤で除去し、その状態で保護的ミクロ

善させるとの報告がある。一方、アルツハイマー

グリアを投与して病態が修飾されるか否かを検病（AD)の病態には炎症が関与しているとの報告

討する。

があり、炎症の改善がADの進行を抑制させる可能性がある。本研究では，タウ蓄積型モデルマウス
C.研究結果（rTg4510）に保護的ミクログリアを投与するこ

本年度は、保護的ミクログリアを rTg4510 に投とで、炎症を抑え認知症病態の進行を抑制できる

与して脳内の病態変化を検証する実験系の検討

かを検討する。

を行い、FACS を用いてミクログリアの性状評価を行うための検出系を確立した。また、rTg4510 マ

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
本研究では，保護的ミクログリアを認知症病態
モデルマウスに投与して病態が変化するか否か

ウスにおいてミクログリアを除去し、その状態で保護的ミクログリアを投与した際の病態変化を検証する実験系の確立のため、CSF-1R 阻害剤を用- 98 -

いたマウス脳内ミクログリアの除去法の最適化を行った。さらに、対照的な知見を得るために、
rTg4510 マウスの脳内におけるタウ病理蓄積に伴うミクログリアの性状変化を解析した。その結果、
rTg4510 マウス脳内の病理形成が豊富な領域である大脳皮質や海馬では、タウ病態の進行に伴いミ
クログリアの総量が増加する一方で、P2Y12 受容体を発現したミクログリアは病態の初期段階か
ら顕著に減少することが明らかとなった。
D.考察
rTg4510 マウスの脳内では、病態の初期段階に、恒常的ミクログリアが disease-associated ミク
ログリアへと遷移する可能性が示された。本年度に確立した実験系を用いて rTg4510 マウスに保護的ミクログリアを投与し、disease-associated ミ
クログリアが関与する炎症や病態の変化を検証するためには、病態の初期段階からの保護的ミク
ログリアの投与が重要であると考えられる。一方で、投与した保護的ミクログリアが rTg4510 マウスの脳内で disease-associated ミクログリアへと遷移する可能性を考慮する必要があり、投与時期や投与回数についても検討を行うことで、保護的ミクログリア投与によるタウ病態修飾に関する正しい理解がもたらされると考える。
E.結論
rTg4510 マウスの脳内では、病態の初期段階に、恒常的ミクログリアが disease-associated ミク
ログリアへと遷移する可能性が示された。今後は保護的ミクログリア投与法の検討を実施した上で、rTg4510 脳内の病態に対する作用を検証していくことが好ましいと考える。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Brain Commun, 3, fcab011, 2021
2.学会発表なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
なし- 99 -

令和2年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

中枢神経系組織における微量元素の分布：シンクロトロン放射光による測定条件の検討
研究代表者 松浦 晃洋 1）
研究分担者 杵渕 幸 1），柿田 明美 2）
1）藤田医科大学研究統括監理部, 2）新潟大学脳研究所病理学分野
研究要旨

脳神経系疾患と微量元素の関係は疫学研究や細胞培養系実験で推測されているものの明確な回答は得られているとは言えない。一方では、疾患及び正常（病気でない）状態における脳神経系の微量元素の分布に関する情報はかなり限定的である。剖検標本等を部位毎に切り出して生化学的に測定する試みはあったが検索試料や疾患も限定されているし、組織・細胞レベルでの分布は鉄や銅の組織化学染色による解析が行われたが検出感度が低く原理的に元素特異性を有しない。私たちはシンクロトロン放射光を利用して肝臓の組織銅の局在を解析する手法を工夫・樹立してきた。今回、脳神経系における微量元
素の局在解析を行うため、各種の測定条件を検討した。銅過剰脳の組織学的解析例とともに報告する。

Factory にて行った。入射光は 10-12keV 程度に二A.研究目的

脳神経系組織における微量元素の分布を組織・結晶分光器にて調整した。集光素子は細胞レベルでの空間解像度を持って解析することで、微量元素と脳神経疾患の関係を探ることを

Polycapillary と Kirkpatric-Baez ミラーを用い、各々の条件のビームサイズは 26 ミクロン、5 ミク

目標とする。今年度は、脳神経組織における微量ロン程度である。検出器はエネルギー分散型 X 線

元素（鉄・銅・亜鉛）を検出するために適した組織切片の作成方法（支持膜）と組織切片の厚さに検出器 SDD を用いた。二次元分析のため測定台はピエゾ方式によるステップスキャン測定を行っついて検討し、病気の組織を測定し画像化するこた。

とを目的とする。
B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

C.研究結果及び考察

ガラスは希土類を含んでいるため支持膜の種

ヒト脳神経系疾患組織は新潟脳研ブレインバ類を検討しカプトン膜、マイラー膜などが使用可

ンク標本から、また微量元素異常疾患の組織を用いた研究は藤田医科大学医学研究審査員会にお能であることがわかった。支持膜は切片を採取するため一定の厚さが必要であるが、あまり厚いとける承認を受けている。組織は 10-20%ホルマリン

バックグランドが試料からのシグナルを隠す可固定液にて十分固定し観察する場所を約 2-4cm 角で切り出し、パラフィン包埋ブロックから切片を能性があるので厚さ 1000, 200, 150, 100, 75,
50（um）について検討した。150 以下であれば操作成した。厚さの異なる切片（4 /8 um）を支持膜

作性とバックグランドの問題は回避できた。銅のの上に載せ試料ホルダーに装着した。放射光実験は 高 エ ネ ル ギ ー 加 速 器 研 究 機 構 の Photon

標準試料を用いた測定結果を図 1 に示す。試料測
定時に混在してくる背景の元素シグナルは非常- 100 -

に小さく元素特異的な検出が可能であることがり空間解像度の高い条件で、他の部位・他の症例わかった。そこで切片を 50 ミクロンの支持膜に採取して測定に供した。

で検討する必要がある。幸い、2021 年度は施設が実験用にはオープンして課題も採択されているので、継続して正常および脳神経系疾患における銅や鉄などの微量元素の局在と病理学的意義について解析を続ける。症例解析を進め英語論文とする。

対照として Menkes 病と健常の脊髄組織の銅の検出のスポット解析例を示す（図 2）。Menkes 病脊髄では Cu-histidine の治療で血中銅が高くなっているにもかかわらず、脊髄での銅がやや低いことが判明した、

D.結論

脳神経組織における微量元素局在解析の基礎条件を整備した。銅過剰 WD 脳を観察し、特徴のある層状分布を認めた。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. ウ ィ ル ソ ン 病 の 高 精 度 診 断AnnualReview 神経 2021 中外医学社 印刷中

2.学会発表なし

脳神経組織の切片の厚さとシグナル強度を比G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

なし

較 し た 結 果 、 Polycapillary(PolyCap) に よ る
semi-microbeam 条 件 と K-B ミ ラ ー に よ る
microbeam 条件では差が認められた。PolCap では

脳研究所柿田博士と共同で神経疾患における微十分なシグナルが短時間暴露で得られるが、microbeam ではシグナル強度が落ちるため、測定量元素の局在と病理発生の研究を始めるに際し、時間を長くする必要がある。空間解像度を上げるにはビームサイズが小さい方が望ましいが、広範
囲測定にはシグナル強度が高くスポット当たりの測定時間が短い PolyCap 条件が適していることがわかった。そこで、ブラインバンク試料から WD
脳を測定した。図 3 に示すように WD 脳では白質に強い銅の局在がみられた。2020 年度はコロナ禍
で放射光施設が閉鎖を余儀なくされ、正常脳（脳神経疾患でない）との比較やより詳しい解析がこれ以上進められなかったため、再現性の確認やよまず、正常と病的状態（過剰症・欠乏症）における分布を解析するべきとの結論に達し、症例の選択、病理組織像の読み方を含め一緒に行っている。
新型コロナウイルス感染症の蔓延により大型放射光施設が閉鎖され、正常運転ができない状態であり、合間に試験的にコロナ対策を取りながらオープンするテスト期間を利用して実験を行った。
ビームが安定しないなどの不利な条件が重なり思った通りには進んでいないが、測定条件を設定できたので、今後の共同研究を発展させて行きたい。

- 101 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

脳梁膨大後皮質におけるグルタミン酸受容体 GluD2 による
入力選択的回路形成機構

研究分担者

研究代表者 渡辺 雅彦 1）
阿部 学 2），笹岡 俊邦 2），今野 幸太郎 1）

1）北海道大学大学院医学研究院 2）新潟大学脳研究所
研究要旨
GluD2 はデルタ型グルタミン酸受容体に属し、小脳プルキンエ細胞に強く発現する。小脳顆粒細胞から分泌される Cbln1 はシナプス後部の GluD2 とシナプス前部のニューレキシンと特異的に結合することでプルキンエ細胞-平行線維シナプスの神経回路形成と維持に関わっている。近年 GluD2 の欠失変
異をもつ家系が相次いで報告され、これらの患者は GluD2 欠損マウスと同様に小脳性の運動失調や自発眼振を主徴とするが、発語障害や精神遅滞などの高次脳機能障害も認められる。そのような表現系
は高次脳機能領域における GluD2 の機能を示唆していると考えられるが、小脳外における詳細な分子
局在や神経回路基盤構築への関与の多くはいまだ不明である。本研究は高次脳機能領域の一つである
脳梁膨大後皮質に着目し、GluD2 の関与する神経回路基盤およびその機能解明を目的とする。
A.研究目的こ れ ま で 我 々 は 高 感 度 検 出 系 の in situ

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

hybridization 法および蛍光抗体法を用いて、

本研究は、高次脳機能領域の１つである脳梁膨

GluD2 mRNA およびタンパクは小脳以外にも大脳皮大後皮質に着目し、以下の①および②の研究項目

質や線条体といった高次脳機能に関与する領域を実施する。

にも広く分布することを明らかにしてきた①GluD2/Cbln1 のシナプス局在および関与する神(Nakamoto and Konno et al., J Comp Neurol.

経回路を明らかにする。

2020)。特に皮質領域では脳梁膨大後皮質に強い②シナプス形成機構に対する GluD2/Cbln1 の関与発現が認められた。脳梁膨大後皮質は視床前核やを明らかにする。

海馬と密に連絡しており齧歯類やヒトの研究か
ら脳梁膨大後皮質を含む神経回路は空間記憶学①GluD2/Cbln1 のシナプス局在および関与する神習に深く関わることが報告されている。脳梁膨大経回路を明らかにする。

後皮質に入力する神経核の中で、視床前腹側核に

脳梁膨大後皮質において GluD2 mRNA はグルタ

は GluD2 のリガンドである Cbln1 mRNA が発現す

ミン酸作動性神経に強く発現し、GluD2 タンパクるため、視床前腹側核-脳梁膨大後皮質の神経回は第１層の表層および第３/４層の非対称性シナ路基盤構築に GluD2/Cbln1 が関与していることがプス後部に局在する(Nakamoto and Konno et al.,

予想される。本研究は高次脳機能領域の１つであJ Comp Neurol. 2020)。我々は予備検討から GluD2

る脳梁膨大後皮質に着目し、GluD2 および Cbln1は皮質下由来グルタミン酸作動性神経終末マーの関与する神経回路基盤およびその機能解明をカーである二型小胞性グルタミン酸トランスポ

目的とする。

ーター（VGluT）2 陽性グルタミン酸作動性神経終- 102 -

末の近傍に選択的に局在することを明らかにし

続いて逆行性神経トレーサー法を用いて GluD2 にている。脳梁膨大後皮質は海馬傍回や海馬台、視入力する投射元の神経核を検討した結果、視床前

床前腹側核、視床前背側核と相互に投射関係を持

腹側核および視床前背側核において逆行性に標つ。視床前腹側核は VGluT2 発現グルタミン酸作

識 さ れ た 細 胞 が 数 多 く 認 め ら れ た 。 in situ

動性神経細胞によって構成され、視床前背側核はhybridization 法を組み合わせ、逆行性に標識さ

VGluT2 および皮質由来グルタミン酸作動性神経

れた視床前腹側核および視床前背側核ニューロ

終末マーカーである VGluT1 を共に発現するグルンにおいて VGluT1,VGluT2,Cbln1 の発現があるか

タミン酸作動性神経細胞によって構成されるこどうか検討した結果、視床前背側核から脳梁膨大とが知られている。VGluT1 との局在関係は不明で後皮質へ投射するほぼ全てのニューロンはあるため、VGluT1, VGluT2, GluD2 の 3 重蛍光染

VGluT1 mRNA 陽性かつ VGluT2 mRNA 陽性で Cbln1

色を行う。また GluD2 とリガンドである Cbln1 のmRNA を発現しないことが明らかとなった。一方で、シナプス部における局在関係を光顕レベルで検視床前腹側核から脳梁膨大後皮質へ投射するほ討し、最終的に包埋後免疫電顕法を用いて局在関

ぼ全てのニューロンは VGluT1 mRNA 陰性かつ係を決定する。

VGluT2 mRNA 陽性で Cbln1 mRNA の発現が認められ続いて脳梁膨大後皮質に逆行性神経トレーサ

た。

ーを注入し、逆行性に標識された細胞において
VGluT2 および Cbln1 の発現があるかどうかを

D.考察

fluorescence in situ hybridization 法を組み合

脳梁膨大後皮質への興奮性入力は VGluT1 単独

わせて検証する。さらに脳梁膨大後皮質に投射す

陽性終末、VGluT1/2 共陽性終末、VGluT2 単独陽る神経核に順行性神経トレーサーを注入し、順行性終末の 3 種類のグルタミン酸作動性神経終末が性に標識された神経終末は VGluT2 を発現するか存在するが、GluD2 は VGluT2 単独陽性終末に選択

どうか、GluD2 と近接するかどうか蛍光抗体法を的に近接して局在していた。逆行性神経トレーサ

組み合わせて検討する。

ーを用いた検討結果から VGluT1/2 共陽性終末は視床前背側核由来であり、VGluT2 単独陽性終末は②シナプス形成機構に対する GluD2/Cbln1 の関与

視床前腹側核由来であることが考えられる。小脳を明らかにする。

において GluD2 は平行線維-プルキンエ細胞シナ

シナプス形成機構に対する GluD2/Cbln1 の関与

プスに限局した回路選択的な局在を示すが、脳梁を明らかにするために GluD2 遺伝子欠損マウスお膨大後皮質においても GluD2 は視床前腹側核とのよび Cbln1 遺伝子欠損マウスを用いて、GluD2 に間の回路選択的な局在特性を有することを意味

入力する神経終末の減少が認められるかどうかする。

を光顕および電顕レベルで定量解析する。さらに小脳では GluD2 は小脳顆粒細胞から分泌される

通常電顕法を用いたシナプスの形態解析を行う。

Cbln1 が平行線維前部のニューレキシンを介してシ ナプ ス形成 に関 与する 。脳 梁膨大 後皮 質のGluD2 は Cbln1 と近接して局在し、GluD2 に投射

C.研究結果令和 2 年度は研究項目①と②のうち、①を遂行する視床前腹側核の神経細胞は Cbln1 mRNA を発した。はじめに VGluT1, VGluT2, GluD2 の 3 重蛍

現することから、視床前腹側核と脳梁膨大後皮質

光染色によって局在関係を検討した結果、脳梁膨

間神経回路においても GluD2 は Cbln1 と共同して大後皮質には VGluT1 単独陽性終末、VGluT1/2 共

シナプス回路形成に関与していることが予想さ

陽性終末、VGluT2 単独陽性終末の 3 種類のグルタれる。

ミン酸作動性神経終末の入力が存在し、GluD2 は
VGluT2 単独陽性グルタミン酸作動性神経終末とE.結論

選択的に近接することが明らかとなった。また、脳梁膨大後皮質において GluD2 は細胞種選択的蛍光抗体法を用いて GluD2 と Cbln1 の局在関係を発現し、視床前腹側核由来神経終末との興奮性シ検討した結果、共に近接した局在が認められた。

ナプス後部選択的に局在する。

- 103 -

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1.

Uchigashima M, Konno K, Demchak E,
Cheung A, Watanabe T, Keener DG,
Abe M, Le T, Sakimura K, Sasaoka T,
UemuraT,

Y, Watanabe

ImamuraM,

Futai

Neuroligin3-αNeurexin1

Kawasawa
K.

Specific
signaling

regulates GABAergic synaptic function
in mouse hippocampus. Elife. 2020 Dec
23;9:e59545. doi: 10.7554/eLife.59545.

2.学会発表1.

Expression mapping of GluD1 and GluD2
glutamate receptors in adult mouse brain.

Kohtarou Konno, Taisuke Miyazaki,
Miwako Yamasaki, Kenji Sakimura, andMasahiko Watanabe. 第 43 回日本神経科学大会、2020 年 7 月 29 日―8 月 1 日、
online
開催（兵庫県、神戸市）
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得
該当なし
2.実用新案登録
該当なし
3.その他
脳研究所よりグルタミン酸受容体 GluD2 遺伝
子欠損マウスの提供をして頂きました。

- 104 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

マルチモーダルな脳画像と脳機能データを用いたマルチモーダル機械学習
服部 高明 1）
研究分担者 安田 永智 1），松澤 等 2）
研究代表者

1）東京医科歯科大学 脳神経病態学 2）新潟大学 脳研究所 脳機能解析学分野
研究要旨
本研究では、健常者 42 人・パーキンソン病関連疾患患者 37 人に対し、両足首と腰にセンサーを装着して 15m の最大努力歩行をさせ、10ms ごとの加速度・角速度データを記録した。特徴量抽出を行うために、オートエンコーダ手法（AE）を用いた。一次元畳み込みニューラルネットワーク（CNN）、
再帰性ニューラルネットワーク中でも長期の時系列が保存可能な Long short-term memory（LSTM）、
さらに一次元畳み込み処理後に LSTM へと入力する畳み込み NN 後 LSTM を用いて、一次元データか
ら特徴量を抽出した。また各センサーのデータを連結して二次元データを作成した後、二次元 CNNを適用して特徴抽出した。抽出した特徴量を用いて、ランダムフォレスト(RF)、サポートベクターマ
シン(SVM)を用いた教師あり学習を行った。AE による分類は、一次元畳み込み NN(SVM:82%, RF:76%,以下同順)、LSTM(73%,72%)、一次元 CNN 後 LSTM(82%,84%)、二次元 CNN（74%,73%）であった。
一次元畳み込み後 LSTM が、加速度・角速度からの特徴抽出に適していることが分かった。
健常者 42 人・パーキンソン病関連疾患患者 37

A.研究目的
パーキンソン病関連疾患では、様々な歩行障害人に対し、両足首と腰にセンサーを装着した状態を呈する。今日、ウェアラブルセンサー（以降セで 15m の最大努力歩行をさせ、10ms ごとの加速ンサー）によって、歩行を定量的に評価できる。

度・角速度データを記録した。特徴量抽出を行う

Walkmate Viewer®では、歩行時の加速度・角速度

ために、入力と出力を同一にし、中間層を抽出すを測定した後に、歩行周期に合わせてノイズ除るオートエンコーダ手法（AE）を用いた。短期間

去・積分等を行うことで、ストライド長、歩行速の時系列情報に強い一次元 CNN、RNN 中でも長度などの歩行指標を出力する。一方、センサーよ期の時系列が保存可能な Long short-term memory

り得られるデータである加速度・角速度には、加（LSTM）、さらに一次元畳み込み処理後に LSTM

工されない疾患の特徴が含まれているはずであへと入力する畳み込み NN 後 LSTM を用いて、一る。

次元データから特徴量を抽出した。また各センサ

畳み込みニューラルネットワーク（CNN）と再ーのデータを連結して二次元データを作成した

帰型ニューラルネットワーク（RNN）を用いて、後、二次元 CNN を適用して特徴抽出した。抽出

加速度・角速度から疾患の特徴量を抽出できる機

した特徴量を用いて、説明変数の様式に柔軟性を械学習手法を開発することを目的とした。

有するランダムフォレスト(RF)、入力データの次元が大きくても汎化性能が低下しにくいサポー
トベクターマシン(SVM)を用いた教師あり学習をB.研究方法（倫理面への配慮を含む）
本研究は、東京医科歯科大学の倫理委員会の許行った。

可を得て行った。

- 105 -

C.研究結果いることがわかった。

Walkmate Viewer®による歩行指標を用いた教師
あり学習では、71%の分類精度だった。AE による分類は、一次元畳み込み NN(SVM:82%, RF:76%,
以 下 同順 ) 、LSTM(73%,72%)、 一次 元 CNN 後LSTM(82%,84%)、二次元 CNN（74%,73%）であった。なかでも、腰の横ゆれ・左足首の進行方向と縦のゆれが分類に貢献していた。一次元畳み込
み後 LSTM は、SVM、RF 両方で高精度の分類ができており、加速度・角速度からの特徴抽出に適Ｆ.謝辞
本研究の解析の実行、議論の深化のために新潟大学脳科学研究所の松澤等先生からのご助言を頂いたことに感謝を致します。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なし

していることが分かった。
2.学会発表なし

D.考察
一次元 CNN は短期間の特徴を凝縮する過程によりノイズの除去が行え、畳み込み過程の回数をG.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

増やすことで LSTM ほどではないが長期間の情報が学習できたと考える。一方、LSTM は長期記憶が可能なゆえに歩行データの再現に必要がない
時系列のデータも学習しており精度が上がらなかった可能性がある。高感度かつノイズも混入しうる歩行データでは、LSTM のような長期記憶よりも畳み込みのように必要な情報を凝縮するア
ルゴリズムが歩行の特徴の抽出に寄与した可能性を考える。
一次元畳み込み後 LSTM は、SVM・RF 両方で高精度の分類ができており、分類器のアルゴリズ
ムによらない分類が行えていた。つまり、一次元
畳み込み後 LSTM は、加速度・角速度からの特徴抽出に最も適しているといえる。その理由として、
CNN による短期記憶とノイズ処理、さらに LSTMによる長期記憶の両方が存在することが、高精度な特徴抽出に寄与したと考える。
E.結論
本研究により、加速度・角速度への一次元畳み
込み後 LSTM を用いたオートエンコーダ手法によって、パーキンソン病関連疾患と健常者を精度良く分類できることが示された。その理由として、
一次元畳み込み後 LSTM を用いたオートエンコー
ダ手法は短期記憶とノイズ処理、さらに LSTM による長期記憶の両方の長所を兼ね備えており、歩行における時系列データの特徴量抽出に適して- 106 -なし

令和2年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

認知症の解明と精密医療実現を目的としたゲノム-オミクス解析
研究代表者 尾崎 浩一 1）
研究分担者 宮下 哲典 2）1）国立長寿医療研究センター メディカルゲノムセンター・臨床ゲノム解析推進部
2）新潟大学脳研究所 遺伝子機能解析学分野

研究要旨
アルツハイマー病（AD）などの認知症は日本において 2025 年までに 700 万人が罹 患すると推測されており、早急に効果的な予防策や治療薬を開発する必要がある。しかし 、その治療薬開発については、様々な薬剤の治験が進められてきたが、未だ成果が上がっていないのが現状である。これは、認知症の根本的な病態が解明されていないことが大きな理由である。一方で、AD の発症には遺伝的要因が大きく（58%～79%）関与していることが疫学研究により証明されているが、ゲノム構造には人種差があり、日本人における疾患全容を理解するためには日本人に特化した解析が必要になる。本研究では日本人に特化した大規模ゲノムワイド関連解
析から遺伝要因を網羅的に同定し、臨床情報（フェノム）オミクスデータと統合解析することにより仮説フリーにて認知症の疾患発症、進展機構の全容を把握し、効果的な予防法、治療法の開発に繋げる狙いがある。
A.研究目的ための研究や解析分野を切り開けるのみならず、新日本人はほぼ均一な民族であり欧米人よりも効率よくたな薬学的アプローチによる認知症の革新的な創薬

遺伝的リスク因子を探索することができる。AD におけにつながることが期待でき、エビデンスに基づく治療

る遺伝率が示すように疾患発症要因の半分以上を遺法の開発が可能となる。本研究において、新潟大学、

伝因子が占めていることから、日本人に特化した大国立長寿医療研究センター（NCGG）が共同で解析

規模なゲノム解析による疾患関連座位の同定を出発を行い、日本人大規模検体を用いて日本人のゲノム点として、ゲノムーフェノム解析、オミクス解析を統合

配列に特化したゲノム解析を出発点として横断的にした横断的解析を遺伝統計学的、数理的に機械学

フェノム、オミクス統合解析を行い、認知症の精密医

習や AI 等を組み入れて行うことにより、疾患の分子メ療に繋げることを目的とする。

カニズムの全容を仮説フリーで解明することを目的の一つとする。さらに、ここで蓄積した日本人に特化しB.研究方法（倫理面への配慮を含む）

たオミクスデータを広く他の多くの研究者と共有する

国立長寿医療研究センター・メディカルゲノムセ

ことにより、AD のみならず様々な疾患の解明に役立

ンター・バイオバンク（NCGGバイオバンク）、てることもできる。このような原因・感受性分子の同定

新潟大学脳研究所およびバイオバンクジャパンと解析からは正確な早期予知診断法の開発や既存薬を認知症の治療薬や予防薬として使用することのできるドラッグリポジショニング等の開発も目的となる。
また、この横断的解析で新たな生体概念を構築するによりリクルートされた認知症及びコントロー
ルサンプルを用いて解析を行った。約22,000例のDNAについてはillumina社のアジアスクリーニン- 107 -

グアレイ（ASA）によるジェノタイピングを施行

示す座位を7個発見し再検証解析を行った。第4番

し、理化学研究所にて構築された日本人約7,000

染色体上のFAM47E遺伝子内に存在するバリアン

人の全ゲノム配列等によるインピュテーション

トはGWAS有意性（P < 10-8）を示し、オッズ比解析を施行した。アルツハイマー病（LOAD）3,962

0.65と比較的強く関連することが示された。この

例、コントロール4,074例を用いたゲノムワイド

バリアントは日本人で頻度が高く、民族特異的疾関連解析（GWAS）はplinkソフトウェアにより行

患感受性バリアントであると考えられた。このバった。本GWASにより同定した新規有意座位（P <リアントはアミノ酸変化を伴うものではなかった

5 x 10-6）についてはPCR-インベーダー法を用いので、遺伝子発現に与える影響（遺伝子発現質的てLOAD 1,216例、コントロール2,446例を用いた

量的座位；eQTL）について公的なデータベースを再 検証 解析を 施行 した。 トラ ンスエ スニ ック

確認したところ、このバリアントが副腎皮質や脳GWASは日本人GWAS統計値と欧米人（IGAPス

でFAM47EやSCARB2遺伝子の発現を上昇するこ

テージ1データ）統計値についてメタ解析を行っとが判明した。また、示唆的有意性を示す新たな2た。全RNA解析についてはNCGGバイオバンクのバリアントをBANK1遺伝子およびLINK00899遺

バフィーコートより高純度のRNAを抽出し、全

伝 子上 に同 定し た。 トラ ンス エス ニッ ク メ タ

RNA配列解析用ライブラリ作製キットを用いて、

GWASを通した解析では新たに第6番染色体上高精度のRNAライブラリを構築した。全RNA配列

OR2B2遺伝子上のバリアントがGWAS有意性を解析については外注にてデータを得た。

持ってLOADに関連（オッズ比1.34）することを発見するとともに、他5座位（MTSS1L、FAM155A、（倫理面への配慮）

NTM、C1S、TSPAN14）の示唆的有意性をもって本研究は、「人を対象とする医学系研究に関する

LOADに関連することを発見した。末梢血バフィ

倫理指針」および「ヒトゲノム・遺伝子解析研究ーコート（主に白血球細胞）について全RNA配列に関する倫理指針」に則り、国立研究開発法人国解析について次世代シークエンサーを用いて進め

立長寿医療研究センター倫理・利益相反委員会のている。これまでに約1,000例について高品質RNA

承認を得て施行されている。すべての検体においを抽出、全配列解読を進めている。610例について書面による同意を取得していると共に、研究対て約22,000種類の遺伝子発現解析を通して好中球

象者個人の尊厳と人権の尊重、個人情報の保護等の細胞数がLOADで増加することを発見するととについて倫理的観点から十分に配慮しながら研もにADに関連した機能的モジュールとハブ遺伝究を遂行している。国立研究開発法人国立長寿医

子群を同定している。さらにこれらの情報を用い療研究センターの定める「保有する個人情報の保た機械学習を施行し軽度認知障害からADへの移護に関する規程」に基づき、個人情報保護管理者

行を予測でぃる患発症予測モデルをAUC 0.878のが厳格に守秘する。

正確性をもって構築した。

C.研究結果D.考察

認知症を含むDNA検体約22,700例についてASA

現在までに約 23,000 検体について ASA を用い

によりジェノタイプデータの蓄積を進めた。これた日本人に特化したジェノタイピングを施行しまでに得たデータを用いてインピュテーション後、た。これは本邦最大のデータとなった。約 11,700

クオリティーコントロール解析を施行し、このう例を用いた日本人に特化した GWAS および再検

ちの日本人計8,036例を用いたAD GWASおよび証解析からは新規 LOAD 感受性座位を 2 領域同定

その再検証解析を進めた（計11,698例）。このしており最も有意なバリアントは脳における遺GWASで新規に示唆的な有意性（P < 5 x 10-6）を伝子発現などに影響を与えることも判明してい- 108 -

る。さらに欧米人 LOAD GWAS データとのトラても同様に大規模化することによる真の疾患感受

ンスエスニックメタ解析からは新たに 6 個の染色性パスウェーイの同定、分子機能の解明、それら

体座位が LOAD に関連することが確認され着実の情報を用いた機械学習などから正確度の高い疾に遺伝因子群の同定に至っている。解析の大規模

患予測モデルの構築へと発展させることができる。

化によりさらに新たな日本人 AD 感受性座位が同

またここで同定したSHARPINをはじめとして疾定できる。また、日本人において初めて我々が同患に強く寄与するレアバリアントの全ゲノムやエ定した LOAD 感受性遺伝子である SHARPIN につクソームシークエンス解析によるさらなる同定やいては、さらに LOAD に強い影響を与える可能性

これらの統合解析から認知症の予知診断に有用なのレアバリアントが発見されており、複数のバリ

ポリジェニックリスクスコアの構築、ドラッグリ

アントが疾患感受性である可能性が浮上してきポジショニングなど創薬へと発展させることが可た。RNA-seq を用いたオミックス解析については、

能になる。

現在までに 998 例について配列決定を完了した。
610 サンプルの RNA-seq データを用いた解析より LOAD における好中球の上昇、LOAD 関連ハブ
遺伝子群の同定からこれらの情報を用いた機械

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1) Ethnic and trans-ethnic genome-wide
association

学習を施行し LOAD 発症予測モデルを構築した

studies

identify

new

loci

influencing Japanese Alzheimer’s disease（AUC 0.878）。これらは更なるコホートによる検risk. Shigemizu D, Mitsumori R, Akiyama S,

証を経て臨床応用が可能になる。現在は日本人数

Miyashita

万例になる認知症 GWAS も進めると共に、さらに上Asanomi Y, Hara N, Tamiya G, Kinoshita K,

記全 RNA 配列解析（トランスクリプトーム）をはじめとIkeuchi T, Niida S, Ozaki K. Translational

するマルチオミックス解析を進め、これらを統合解析

Psychiatry 11 (1), 151 (2021).

することにより得られるデータより疾患の全容が解明

A,

MorizonoT,

HigakiS,2) Association of an IGHV3-66 gene variant with
Kawasaki disease. Johnson TA, Mashimo Y,

できるのみならず、網羅的なポリジェニックリスクスコ

Wu JY, Yoon D, Hata A, Kubo M, Takahashi A,

アの構築による正確な発症予知診断や疾患の層別

Tsunoda T, Ozaki K, Tanaka T, et al. Journal

化、さらにはこれまでの生物学的研究のみでは見出

of Human Genetics Published Online 26

すことの難しかった真の疾患分子パスウェーイ、ハブ

October (2020).

遺伝子群の解析を介した認知症等のドラッグリポジシ

3) Prognosis prediction model for conversion
fromョニング、革新的な創薬に繋げることが可能になる。

mild

cognitive

impairment

toAlzheimer’s disease created by integrative
analysis of multi-omics data. Shigemizu D.

E.結論Akiyama S, Higaki S, Sugimoto T, Sakurai T,

民族に特化したLOADのゲノムワイド関連解析

Boroevich KA, Sharma A, Tsunoda T, Ochiya

を通して新たに8個の疾患感受性染色体領域を同T, Niida S, Ozaki K. Alzheimer's Research &定した。これらはこれまでの欧米における大規模解析で見つかったものではなく、日本人に特異的

Therapy 12: 145 (2020).
4) Population-specificandtransethnic

あるいは日本人で影響が強いLOAD感受性座位でgenome-wide analyses reveal distinct andあると考えられた。今後の日本人サンプル数増加

shared genetic risks of coronary arteryによる解析や欧米人とのトランスエスニックメタ

disease. Koyama S, Ito K, Terao C, Akiyama

解析によるさらに大規模な解析を施行することにM, Horikoshi M, Momozawa Y, Matsunaga H,

より疾患の全容解明に繋げることができると考えられる。全RNA配列解析及びその統合解析におい- 109 -

Ieki H, Ozaki K, Onouchi Y, et al. Nature

Genetics 52 (11): 1169-1177 (2020).

5) Lower DNA methylation levels in CpG island

Y, Shigemizu D, Mitsumori R, Niida S, Ozaki

shores of CR1, CLU, and PICALM in theK. The Japan Society of Human Genetics、

blood

2020/11/18、国内（Web）.

of

Japanese

Alzheimer’s

patients.

MitsumoriR,diseaseSakaguchi

K,

3)

ABCA7, SORL1, TREM2 におけるアルツハイマー

Shigemizu D, Mori T, Akiyama S, Ozaki K,

病関連レアバリアントの探索

Niida S, Shimoda N. PLOS ONE 15(9):哲典、尾崎 浩一、新飯田

e0239196 (2020).

口 陽、朱 斌、月江 珠緒、春日 健作、桑野 良

原 範和、宮下俊平、劉 李歆、樋6) Identification of potential blood biomarkers

三、岩坪 威、J-ADNI コンソーシアム、池内 健

for early diagnosis of Alzheimer’s disease

第 39 回日本認知症学会、2020/11/26～28、国through RNA-sequencing analysis. Shigemizu

内D, Mori T, Akiyama S, Higaki S, Watanabe H,

4)アミロイドカスケード仮説 ; アルツハイマー

Sakurai T, Niida S, and Ozaki K. Alzheimer's

病の 原因遺伝子，感受性遺伝子からの考察 宮Research and Therapy 12: 87 (2020).

下7) Large-scale genome-wide association study inaJapanese

population

identifies

隆，尾崎

novel

範和，春日

健作，菊地

浩一， 新飯田俊平，池内正

健 第 39回日本認知症学会、シンポジウム、2020/11/26

susceptibility loci across different diseases.
Ishigaki K, Akiyama M, Kanai M, Takahashi

哲典，原～28、国内（Web）
5)

大脳白質病変の臨床的意義とリスク

櫻井A, Kawakami E, Sugishita H, Sakaue S,孝、尾崎Matoba N, Low SK, Okada Y, Terao C,

ンポジウム、2020/11/26～28、国内（Web）

Amariuta T, Gazal S, Kochi Y, Horikoshi M,

6)

浩一

第 39 回日本認知症学会、シ

日本人コホート JGSCAD，J-ADNI，NCGG，

Suzuki K, Ito K, Koyama S, Ozaki K, Niida S,

ToMMo に おけるバリアント解析 : APOE

et al. Nature Genetics 52 (7): 669-679 (2020).

宮下

哲典，原

範和 ，春日健作，Liu8) Transethnic meta-analysis of genome-wide

Lixin，樋口 陽，Zhu Bin， 月江 珠緒，association studies identifies three new loci長谷川舞衣，Adyfitrah Yusran，石黒 敬信，

for coronary artery disease. Matsunaga H,

村上Akiyama M, Takahashi A, Nomura S, Ozaki K,

崎Onouchi Y, Suna S, Ogishima S, Yamamoto M,

良三，岩坪 威，池内 健 第 39 回日本認知Satoh M, Sasaki M, Yamaji T, Iwasaki M,症学会、シンポジウム、2020/11/26～28、国内

Tsugane S, Tanaka K, Naito M, Akai W,（Web）涼太， 菊地正隆，中谷浩一，新飯田俊平，赤澤明弘，尾宏平， 桑野Tanaka H, Sakata Y, Morita H, Matsuda K,
Murakami Y, Akazawa H, Kubo M, Kamatani

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

Y, Komuro I, Ito K. Circulation; Genomics andPrecision Medicine. e002670 (2020).

1.特許取得
特になし
2.実用新案登録
特になし

2.学会発表1)

Identification of loci influencing four types ofcognitive impairment、ポスター、Mitsumori R,
AsanomiY,

Shigemizu

D, Akiyama

S,

Morizono T, Niida S, Ozaki K. The Japan
Society of Human Genetics、2020/11/18、国内（Web）.
2)

Identification of the novel rare variants in
SHARPIN

associated

with

the

risk

of

late-onset Alzheimer's disease、口頭、Asanomi- 110 -

3.その他
特になし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

Experimental autoimmune encephalomyelitis マウスの作成
およびそれを用いた治療法開発
鈴木 元 1）
笹岡 俊邦 2）

研究代表者
研究分担者

1）藤田医科大学医学部分子腫瘍学 2）新潟大学脳研究所生命科学リソース研究センター

研究要旨
スフィンゴ脂質はスフィンゴイド骨格を有する一群の脂質の総称である。含有する各種アシル基/ホスホコリン/糖の種類/有無等によって数多くのサブファミリーに分類される。神経系・免疫系を含む動物細胞において、細胞膜構成成分として機能するだけでなく、情報伝達、細胞周期、アポトーシ
ス、血管新生炎症反応など各分子種固有の生物学的活性を発揮する。本申請では、スフィンゴ脂質代
謝のハブ脂質、セラミド合成を行う酵素 CERS6 に対し活性促進剤を開発する。これを、多発性硬化症
モデル（以下 EAE: Experimental Autoimmune Encephalomyelitis）に投与し治療効果を検証する。

A.研究目的れれば、有力な選択肢となりうる。

申請者らは、がん制御を目指した研究を実践する過程で、149 症例の臨床肺がん検体の脂質B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

代謝制御遺伝子発現プロファイル解析と、それセラミド代謝サルベージ経路にて、CERS6 はスに引き続くタンパク質、細胞、マウスレベルでフィンゴシンを基質とした C16 セラミド合成をの研究を行い、肺がん転移促進遺伝子として行なう。CERS6 活性促進は S1P 経路の相対的不CERS6 (Ceramide synthase 6) を同定した。す活化を招くため、炎症性好中球の遊走、多発性

なわち、がん抑制 miRNA101 の発現低下により、硬化症、好中球性喘息等が抑制されることが想

肺がん組織では CERS6 を高発現する。この遺伝定される。申請者らはこれまで肺がん転移抑制子がコードするセラミド合成酵素 CERS6 の活を目指して、低分子化合物ライブラリーをスク性により、d18:1/16:0 セラミド（以下 C16 セラ

リーニングした。サブμM にて作用する CERS6

ミド）
量が増加する。
過剰の C16 セラミドは RAC1

特異的阻害剤を開発し、肺がん転移抑制効果を陽性ラメリポディア形成を促進、転移を誘発す

検討中である。一方、この過程で、CERS6 の活ることを明らかにした。

性の変化が多発硬化症モデル発症に重要な役割

本申請では、多発性硬化症の治療薬開発を目があることを学び、CERS6 に作用する薬物が、指す。多発性硬化症患者は日本に 12,000 人いる

多発硬化性治療に使えないかと考えた。この目と推計されている。治療薬として FTY720 が認可

的を実行するために EAE モデルを作成し、候補されているが、偽薬対照第 III 相比較臨床試験

化合物を投与する。マウス生存曲線、体重、神の結果、身体的障害の進行抑制については効果

経麻痺出現、脊髄の好中球浸潤等を指標に多発が認められていない（Lancet 2016）。このため、性硬化症治療薬としての可能性を検討する。

作用標的、分子構造の異なる新規薬剤が開発さ- 111 -

C.研究結果
1.

C57BL/6 マウスで実験的 EAE モデルの作成に成功した。
2.

百日咳毒素投与 2 週間後に、薬剤投与群における臨床症状の軽減を観察した。
3.

サクリファイスをしたマウスの病理標本に対してヘマトキシリン・エオジン解析を行った
結果、炎症細胞の浸潤を確認した。
D.考察
マウスを用いて、多発性硬化症モデルである
EAE の発症に成功した。発症は臨床症状を説明する病理学的変化を伴っていた。今年度の研究においては一定条件下で効果を観察したが、EAE
マウスに対する薬剤の影響はさらなる検討が必
要である。
E.結論
本研究により、これまでスクリーニングしてきた薬剤が多発性硬化症の治療薬プロトタイプとなる可能性が示唆された。今後、マウス N 数を増やす、至適な薬剤投与方法を検討する、薬剤スクリーニングを継続し、より効果の高い低分子化合物を発見するなどの工夫を重ねることにより、臨床応用可能な薬剤開発に結び付く可能性がある。
F.研究発表(上記課題名に関するもの)
1.論文発表なし
2.学会発表なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得なし
2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

- 112 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

遺伝性脳小血管病モデル動物を用いた脳卒中・認知症の新規治療法の開発
研究代表者 猪原 匡史 1）
研究分担者 小野寺 理 2）
，斎藤 聡 1），山本 由美 3），細木 聡 1），殿村 修一 4）1）国立循環器病研究センター 脳神経内科 2）新潟大学脳研究所脳神経内科学分野
3）国立循環器病研究センター 病態代謝部 4）国立循環器病研究センター 血管生理部

研究要旨
遺 伝 性 血 管 性 認 知 症 で あ る CADASIL (cerebral autosomal dominant arteriopathy with
subcortical infarcts and leukoencephalopathy), CARASIL (cerebral autosomal recessive
arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy)は脳小血管の機能的・構造的異常がその病態の一角をなすと考えられている. CADASIL, CARASIL の病態解明, 新規治療法の開発は,孤発性の血管性認知症, そして血管障害の合併頻度が極めて高いアルツハイマー型認知症の治療法開発に直結する. 本研究では，申請者らが開発した CADASIL 患者由来の iPS 細胞および新潟大学脳研究所で開発された CARASIL モデルマウスを用いて, 脳小血管の機能解析と新規治療法の開発を行う．

A.研究目的孤発性に見えても, 実は遺伝性であるという事例

脳血管障害はわが国における三大死因の一が, 非常に多いということが近年明らかになった.

つであると同時に, 認知症による要介護・寝たき

即ち, 遺伝性脳小血管病の研究は, 未だ診断に至り状態の最大の原因である. 近年, 血管病変のアっていない多くの患者に福音をもたらす可能性

ルツハイマー病への関与も示唆され, 血管性認知があり, この点こそが, 本研究の重要性を示して症への関心も高まっている. しかし, 血管性認知いる.

症研究の障壁となるのが, その多くが孤発性であるが故の危険因子あるいは病型の多様性である.
そこで単一遺伝子疾患 CADASIL, CARASIL を
突破口に血管性認知症の病態を解明し, 新規治療法を開発することが本研究の目的である．近年,
CADASIL の原因遺伝子である NOTCH3 の変異が, 従来想定されていた頻度より明らかに多いことが判明した. また CARASIL の原因遺伝子である HTRA-1 についても, ホモの変異のみならず,
ヘテロ変異であっても, 白質障害や認知症の原因となることが判明した. これまで孤発性と遺伝性
は, 大きく異なる病態であると捉えられることが少なくなかったが, 脳血管障害の領域では, 一見

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
本研究では, 申請者らが開発した CADASIL 患者
由来の iPS 細胞および各種のモデル動物を使用す
る. CADASIL のモデル動物については, C455R
変異ヒト NOTCH3 トランスジェニックマウスを使 用 す る (Arboleda-Velasquez

JF,2011).

CARASIL のモデル動物については, 新潟大学小野寺理教授の研究グループが作成した HTRA1 欠損マウスを使用する．対照群として, 同腹子野生型マウスを使用する．
新規治療法の開発において, 既存の薬剤がCADASIL・CARASIL の発症予防・治療に利用することが可能であれば, 臨床応用までにかかる期- 113 -

間が劇的に短縮される. そこで, 本計画では脳梗
塞や血管性認知症に効果があるとされる既知の薬剤や、iPS 細胞を用いた病態研究により明らか

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Yamamoto Y, Kojima K, Taura D, Sone M,となった病態関連分子をターゲットとする候補

Washida K, Egawa N, Kondo T, Minakawa EN,

薬剤を、iPS 細胞を用いた in vitro 病態モデルやモ

Tsukita K, Enami T, Tomimoto H, Mizuno T,

デル動物に投与し, その治療効果を評価する. 既

Kalaria RN, Inagaki N, Takahashi R,

存薬の候補としては, アドレノメデュリンやシロHarada-Shiba M, Ihara M and Inoue H. Human

スタゾールなどが挙げられる. アドレノメデュリ

iPS cell-derived mural cells as an in vitro

ンは血管壁で産生される血管拡張ホルモンであmodel of hereditary cerebral small vesselり, 血管再生作用を有する. すでに血管性認知症

disease. Mol Brain. 2020;13:38.

モデルマウス（慢性脳低灌流モデルマウス）や中大脳動脈閉塞モデルでその有効性が確認されて2.学会発表おり, 現在臨床応用に向け, GMP 基準に則った製1.

剤化が進められている.

Yumi Yamamoto.“Patient-derived iPSC andin vitro model of hereditary small vessel

C.研究結果disease” NVU 研究会, 2021 年 1 月 30 日,

近年，白質病変の病態にオリゴデンドロサイト

オンライン開催.

前駆細胞 (OPC) が関係しているとして注目を集め始めているが，CADASIL も，いわゆる OPC 病ではないかという説がでてきた (Zaucker A, 2013;

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

Tang M, 2017)．そこで，申請者らが Douvaras ら(2015)の手法をもとに iPS 細胞を OPC に分化誘導したところ，CADASIL では，Spheroid から浸潤してくる O4 陽性 OPC が極端に少なく，分化が障害されている可能性が示唆された．この分化障害
は，PDGFRβ 阻害薬を投与することで改善した．
D.考察
壁細胞の分化誘導に PDGFRβ がかかわる一方，OPC の分化には，PDGFRα が関係している(Funa K, 2014)．前年度の研究で，CADASIL の iPS細胞由来血管壁細胞で PDGFRβ の発現が亢進していることが示されていたため，分化誘導中の
PDGFRα と PDGFRβ シグナルの不均衡が OPC の分化に影響したと仮説をたて，PDGFRβ 阻害薬を
分化誘導中に投与してみたところ，CADASIL の
OPC 分化障害をある程度改善する可能性が示唆された．この薬物は，分化誘導培地に PDGFaa を加えるより前に薬物を投与した時のみ効果を発揮したことから，過剰な PDGFRβ シグナルが OPCの分化を阻害している可能性が高まった．
E.結論
PDGFRβ は，CADASIL の脳小血管病変と OPC病変の両方の治療ターゲットとして有望であると考えられる．
- 114 -

1.特許取得 出願番号：特願 2016－254919, 発明者：猪原匡史，山本由美，井上治久，月田香代子，
江浪貴子, 発明の名称：細胞増殖分化誘導
方法, 出願人：国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 国立大学法人京都大学,
出願日；2016 年 12 月 28 日出願令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

GABA 仮説に基づいた統合失調症モデルラットの病態解析

研究分担者

研究代表者 柳川 右千夫 1）
那波宏之 2），稲葉洋芳 2），藤原和之 1），柿崎利和 1），宮田茂雄 1），姜玮茹 1）1）群馬大学大学院医学系研究科遺伝発達行動学分野 2）新潟大学脳研究所分子神経生物学分野
研究要旨
GABA は代表的な抑制性神経伝達物質であり、グルタミン酸脱炭酸酵素（GAD; GAD65 と GAD67の 2 型存在）により合成される。統合失調症死後脳における GAD67 発現低下などから、GABA 神経
伝達の障害が統合失調症の病因や病態に関連すると提唱されている（統合失調症の GABA 仮説）。我々はこの仮説を検証するために GAD67 ノックアウトラットを作製・解析した結果、統合失調症様の行動障害を見出した。本研究では、上記ラットの病態を明らかにする目的で聴性定常反応と聴覚 N1 反応について検討した。
聴覚皮質表面から脳波反応を記録し、反応パワーと位相同期性を算出した結果、当該ラットでは統合失調症患者と同様の、β 帯域刺激に対する ASSR の増大傾向と、聴覚 N1 の減少傾向が観察された。これらの結果から、当該ラットは統合失調症と共通の聴覚病態生理を有している可能性が示唆された。

A.研究目的態の解明を目指している。一方、聴性定常反応

統合失調症には、ドーパミン仮説、グルタミン（ASSR）は高い繰り返し頻度の聴覚刺激に対し酸仮説や神経発達障害仮説など種々の病態仮説て一定振幅の脳波波形を呈する聴性誘発反応でがある。GABA 神経伝達の障害が統合失調症の病あり、GABA ニューロン連関聴覚神経回路機能の因や病態に関連するという仮説（統合失調症の指標として用いられている。聴覚 N1 反応は聴覚GABA 仮説）は、統合失調症患者の死後脳で刺激開始後数十ミリ秒の間の刺激密度によって

GABA 含量の低下、GAD67 の発現低下が観察さ増大する脳波成分であり、聴覚情報の時間的統合れること、GAD67 遺伝子のミスセンス変異をも機能の指標と考えられている。統合失調症患者やつ統合失調症患者の家系の存在などから提唱さ同モデルラットの聴覚神経生理研究では、γ 帯域

れている。しかしながら、GABA や GAD67 が実刺激に対する ASSR の減少や β 帯域刺激に対す

際に統合失調症の病態に寄与するかどうかは不る ASSR の増大、聴覚 N1 反応の全般的な減少が明である。そこで、我々は GAD67 ノックアウト

報告されている。本年度は、GAD67 ノックアウ

ラットが統合失調症モデル動物になるかどうか

トラットを用いて ASSR と聴覚 N1 反応の研究を検討した。GAD67 ノックアウトラットを作製し、行った。

行動解析を行った結果、作業記憶の障害を見出した。この結果は、GAD67 ノックアウトラットがB.研究方法（倫理面への配慮を含む）

認知機能障害をもつ統合失調症モデル動物であ本研究での動物実験は、群馬大学動物実験委員

る こと を示唆 する 。これ らの 結果に 基づ き、会（承認番号 19-009）および新潟大学動物実験委

GAD67 ノックアウトラットの病態生理や分子病

員会（承認番号 SA00774）で承認されている。

態を明らかにすることで統合失調症の病因や病GAD67 ノ ッ ク ア ウ ト ラ ッ ト ヘ テ ロ 接 合 体- 115 -

（GAD67+/-ラット）を群馬大学で繁殖させ、新D.考察潟大学に送付した。このラットから体外受精によ

統計的に有意でないものの、GAD67+/-ラット

り、GAD67+/-ラットとコントロールの野生型ラにおいて、統合失調症患者と同様の聴覚 N1 反応

ット（GAD67+/+ラット）を繁殖させ、新潟大学の減少が認められた。γ 帯域刺激に対する ASSR

で以下の実験を行った。その際に、群馬大学の研の減少は認められなかったが、β 帯域刺激に対す究者が実験の一部に参加した。三種混合麻酔下でる ASSR の増大傾向が認められた。統合失調症患

電極埋め込み手術を実施した。ラット脳定位固定者、同モデルラット及び GABA 作動性抑制を減装置に頭部を固定し、頭皮切開後、デンタルドリ

少させた神経回路モデルでのコンピュータシミ

ルで頭蓋に穴を開け、聴覚皮質および前頭皮質脳ュレーションにおいて、β 帯域刺激に対する

波記録用、参照および設置用の 4 本のステンレスASSR の 増 大 が 報 告 さ れ て い る こ と か ら 、製ネジ電極を脳表に接地するまで頭蓋にねじ込

GAD67+/-ラットと統合失調症患者が GABA 作動

み、電極から伸びているリード線を IC ソケット性抑制の障害に由来する共通の聴覚病態生理をに接続した後、デンタルセメントで頭蓋上に固定有している可能性が示唆される。今後、GAD67した。データの記録は手術後 2 週間の回復期間をノックアウトラットホモ接合体を用いて、同様のおいて実施した。
聴覚刺激は 1ms の DC パルス（刺研究をおこなうことで、より顕著な結果が得られ

激 頻 度 20, 40, 80 Hz） に よ っ て 構 成 さ れ る

ることが期待される。

1000ms のクリック音列（音圧: Max. 80dB SPL,
刺激間間隔: 9s）を擬似ランダムに計 300 回（各E.結論

刺激頻度 100 回）提示した。記録は薄暗く照明さ

これまでの行動学的結果と今回の聴覚神経生れた部屋で実施し、記録中ラットは透明な電気的理学的結果から、GAD67 ノックアウトラットはにシールドされた実験箱に入れられた。脳波信号

GABA 仮説に基づいた統合失調症の病因や病態はラットの頭蓋に固定されている IC ソケットにを解明するための有用な統合失調症モデル動物

無痛的に接続されたシールドケーブルを介してとなりうることが強く示唆される。

信号増幅器で増幅され、信号記録装置を介してコンピュータに保存された。数値解析ソフトウェア

F.研究発表（上記課題名に関するもの）

による時間周波数解析を用いて、記録したデータ

1.論文発表を 刺激 頻度ご とに 刺激開 始点 に同期 させ て、

1. Fujihara K, Yamada K, Ichitani Y,

ASSR と聴覚 N1 反応の加算平均波形、事象関連

Kakizaki T, Jiang W, Miyata S, Suto T, Kato D,

スペクトルパワー及び試行間位相同期性を求め

Saito S, Watanabe M, Kajita Y, Ohshiro T,

た。

Mushiake H, Miyasaka Y, Mashimo T, Yasuda
H,

Yanagawa

Y.

CRISPR/Cas9-engineered

Gad1 elimination in rats leads to complex

C.研究結果
聴覚皮質から記録した脳波において、いずれのbehavioral

changes:

Implicationsfor

頻度の刺激に対しても明瞭な ASSR や聴覚 N1 反schizophrenia. Transl Psychiatry 10：426, 2020

応が観察された。γ 帯域刺激（刺激頻度 40, 80

2. Kakizaki T, Ohshiro T, Itakura M, Konno

Hz）に対する ASSR のスペクトルパワーや試行

K, Watanabe M, Mushiake H, Yanagawa Y.

間位相同期性の値にはラット群間で差が認めら

Rats deficient in the GAD65 isoform exhibit

れなかった。一方、β 帯域刺激（刺激頻度 20 Hz）

epilepsy and premature lethality. FASEB J. 35:

に対する ASSR の試行間位相同期性の値は、コン

e21224, 2021.

トロールラット群と比較して GAD67+/-ラット群

3. Fujihara K, Sato T, Miyasaka Y, Mashimo

で高い傾向が認められた。さらに、聴覚 N1 反応

T, Yanagawa Y. Genetic Deletion of Glutamateのスペクトルパワーや試行間位相同期性は、全体

Decarboxylase

的に GAD67+/-ラット群で低い傾向が認められた。

Conditioned Fear Behavior in Rats. FEBS

67-kDaOpen Bio. 11: 340-353, 2021.

- 116 -

Isoform

Alters4. Fujihara K, Sato T, Higeta K, Miyasaka Y,
MashimoT,

consequences

Yanagawa
ofaY.

combination

Behavioral
of

Gad1

haplodeficiency and adolescent exposure to
NMDA receptor antagonist in Long-Evans rat.
Front Pharmacol. 12：646088, 2021
2.学会発表1.

藤原和之、精神神経疾患モデルとしてのグルタミン酸脱炭酸酵素 GAD67 ノックアウトラット（招待講演）、文部科学省新学術領域研究・
先端モデル動物支援プラットフォーム成果発表
会 2020（東京国際フォーラム、東京、2021 年 2
月 2 日）
2.

藤原和之、佐藤匠、宮坂佳樹、真下知士、

柳川右千夫、グルタミン酸脱炭酸酵素 67 ヘテロ
欠損と NMDA 型グルタミン酸受容体遮断の組み合わせによって生ずる行動学的表現型（口頭発表）、文部科学省新学術領域研究 先端モデル動物
支援プラットフォーム若手技術講習会 2020（オンライン、2020 年 9 月 11 日）
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得
特になし。
2.実用新案登録
特になし。
3.その他
特になし。

- 117 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

高磁場 MRI を用いた発達障害に伴う統合的脳機能に関する研究
小枝 達也 1）
鈴木 雄治 2）

研究代表者
研究分担者

1）国立成育医療研究センター こころの診療部
2）新潟大学脳研究所 統合脳機能研究センター
研究要旨
自閉症・注意欠陥多動症・Dyslexia をはじめとした学習障害といった学童期に認められる様々な発達障害に関連した行動発達特性の、脳発達基盤に関する解明はほとんど進んでいない。臨床的介入に有意義な発達障害のメカニズムを得ることを目的に、高磁場 MRI を用いて、行動発達障害に関連した
脳微細構造および機能的発達の異常を非侵襲的に抽出する。脳発達病態を反映し、臨床へ還元しうる手掛りを探索する。
る。半構造的な問診、神経学的診察に加えて、必A.研究目的
自閉症をはじめとした発達障害者における行動発達障害は、共通した一連の特徴をもって成人要に応じて、行動質問紙、評価尺度等の動作記録を行う。

期までも持続する。これらの障害には脳発達異常

研究参加者（発達障害者）と保護者が伴って、の存在が示唆されているが、臨床的介入に有意義

統合脳機能研究センターに移動し、高磁場 MRI をな生物学的証拠は未だ少ない。高磁場 MRI の特性

用いて脳画像撮影を行う。高解像度脳構造画像を利用した様々なアプローチ法は、一般的な臨床（T2R、3D 画像など）で得られる解剖学的情報を画 像で は検出 でき ない定 型発 達児の みな らず

基準にして、機能的 MR 画像（fMRI）、拡散テンソ

様々な疾患で出現する発達障害児との比較を可ル画像（DTI）、磁化率強調画像 (SWI)等の撮影を能とし、それぞれの疾患特有の発症メカニズムの施行する。取得した画像データは最適化された画解明に近づけることが期待できる。

像解析法を用いて、定型発達者と比較し、詳細な本研究の目的は、高磁場 MRI を用いて行動発達分析を施行する。個別解析に加えて各種疾患群に障害に関連した以下の点を非侵襲的に抽出し、脳おけるグループ解析を行い、群間比較による相違

発達病態の手掛りを得る新たなる解析方法を開を検出する。更に臨床的な行動発達特性および動発することである。

作解析との関連を解析し、様々な発達障害におけ（１）脳微細構造発達の異常；拡散テンソル画像

る発症メカニズムの詳細な解明研究への手がかりを検出する。

（DTI）、磁化率強調画像 (SWI)

実際の撮像検査は研究参加者の負担を考慮し 1（２）機能的発達の異常；機能的 MR 画像解析

時間以内で終了予定であり、身体・精神状態にあ(fMRI)、安静時 fMRI

わせて行い、希望があれば途中で休憩または終了する。また、鎮静のための薬物や造影剤等は一切

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
国立成育医療研究センター病院こころの診療使用しない。撮影に先立ち、統合脳機能研究セン

部（以下成育医療研究センターと略）外来を受診

ターに導入されている撮影シミュレータ「ゼロテし、発達障害の存在が確認された患者を対象とす

スラ MR プレパレーションシステム」を使用した- 118 -

撮像体験を通じて不安を取り除き、円滑な撮像を（Dyslexia など）や注意欠陥多動性障害（ADHD）

行っていく。

をはじめとした様々な行動障害を伴う発達障害のメカニズム解明につながることが期待でき、こC.研究結果の観点から新たなる競争的資金の獲得につなが本研究では安静時 fMRI（rs-fMRI）エントロピ

った。

ー解析の開発を行い、自閉症児の安静時の脳機能

エントロピー解析を軸に研究を進め、様々な発を評価することを目的として行っている。我々の達障害の病態解明を目指し。対象を自閉症児から解析結果から、自閉症児は定型発達者に比べて安Dyslexi、ADHD へと拡大し方法論の開発及び確立

静時のエントロピーが増大していることが示さを目指していく。

れた。この結果は、明らかな脳機能構造異常は認
めないが、安静時における脳活動の不安定さを解

E.結論

析するのに有用であることを示唆している。

安静時 fMRI におけるエントロピー解析は、自さらに本年度は対象を学習障害（Dyslexia）に閉 症児 の脳活 動の 特徴を 反映 するの みな らず

拡げ、読書時における脳内の活動を解析する方法

Dyslexia をはじめとする様々な発達障害のメカの開発を開始している。活動時（読書など）におニズム解明に有用である可能性が示唆された。

ける脳活動を解析するための撮像法を確定し、解析方法のプログラミング開発を進めている。この新たなるプロジェクトは、新たなる外部資金の獲F.研究発表1.論文発表得に至っている（挑戦的研究（開拓）2 0 K 2 0 5

なし

1 4）
。本年度は健常ボランティアを中心に読書時の機能画像の撮像を行い、読書時の脳活動をエン

2.学会発表トロピーの観点で解析するプログラミングの開発を進め、活動時におけるエントロピー低下を描なし

出することを目標に進めている。

G.知的財産権の出願・登録状況

D.考察
明らかな脳機能構造異常は認めない自閉症のメカニズムの解明に、我々が開発しているエント
ロピー解析が臨床症状に関連する脳活動の不安定さを評価するにあたり有用であることが示唆され、更なる自閉症児、及びそれぞれに対するコ
ントロール群のデータ獲得を目指し、開発中のエントロピー解析法の確立及び臨床症状との相関を確認していく。本研究により自閉症児が共通して抱えている様々な臨床的問題解明につながる可能性があり、社会的にも医学的にも大変意義のあるものといえる。
加えて、様々な疾患で出現する臨床症状の異なる発達障害児に対し、それぞれの疾患特有の発症メカニズムの解明も求められることから、更なるエントロピー解析に対する撮像及び解析方法の開発を進めていき、安静時 fMRI のみならず活動
時 fMRI に最適な撮像方法の開発を目指す。
特に、社会的に大きな問題となっている学習障害- 119 -なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

タウオパチー病理組織標本を用いたタウ PET 画像病理相関解析

研究分担者

研究代表者 樋口 真人 1）
柿田 明美 2）, 清水 宏 2）, 高堂 裕平 1）, 小野 麻衣子 1）

1）量子科学技術研究開発機構・量子生命・医学部門 2）新潟大学脳研究所・病理学分野
研究要旨
タウタンパクは、アルツハイマー病を含むタウオパチーにおいて神経障害との関与が示唆されており、生体内でのタウの蓄積を可視化する技術は、タウオパチーの早期診断や発症メカニズムの解明、タウを標的とする疾患治療薬の薬効評価に寄与することが期待される。本研究では、量子科学技術研
究開発機構にて開発されたタウ PET プローブ、[11C]PBB3 および[18F]PM-PBB3 のタウオパチー患者における脳内分布と、患者剖検脳組織におけるタウ病変分布の相関を精査することを目的とする。
①剖検脳組織切片における、[11C]PBB3 およびA.研究目的
タウタンパクは、アルツハイマー病を含むタウ[18F]PM-PBB3 を用いたオートラジオグラフィ

オパチーにおいて神経障害との関与が示唆され②組織化学的解析（免疫染色・非標識体タウ PETており、生体内でのタウの蓄積を可視化する技術

プローブによる蛍光染色）

は、タウオパチーの早期診断や発症メカニズムの解明、タウを標的とする疾患治療薬の薬効評価にC.研究結果寄与することが期待される。これまでに、タウオ

量子科学技術研究開発機構にて実施されたタ

パチー患者を対象として、量子科学技術研究開発

ウ オ パ チ ー 患 者 に お け る [11C]PBB3 あ る い は機構にて開発されたタウ PET プローブ[11C]PBB3[18F]PM-PBB3 PET 撮像において、PET プローブのおよび[18F]PM-PBB3 の脳内分布と、臨床症状との集積が認められた脳領域の患者剖検脳組織を対関連を明らかにする研究が進められてきた。本研象にした。組織化学的解析およびオートラジオグ

究では、タウオパチー患者におけるタウ PET プロ

ラフィにより、組織切片におけるタウ病変の分布、ーブの脳内分布と、タウオパチー患者剖検脳組織

および存在するタウ病変への PET プローブの結合におけるタウ病変分布の相関を検証することを性を検証した。その結果、大脳皮質基底核変性症

目的として、患者剖検脳の各領域組織におけるオおよびピック病患者において、PET における当該ートラジグラフィおよび組織化学的解析を実施

プローブの高集積領域でのタウ病変の蓄積が確する。

認され、病変蓄積領域への当該 PET プローブの invitro での結合が確認された。
B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
対象：タウオパチー患者剖検脳組織

D.考察

方法：タウオパチー患者におけるタウ PET プロー

本年度には、タウオパチー患者の中でも特に大ブの脳内分布と、患者剖検脳組織におけるタウ病

脳皮質基底核変性症およびピック病患者に焦点

変分布の相関を検証するために、以下の解析を行を当て、PET における[18F]PM-PBB3 の高集積領域う。

の一部における、タウ病変の蓄積、および存在す
るタウ病変への当該プローブの結合を、患者剖検

- 120 -

脳組織を用いて確認した。タウ PET プローブの脳内分布と、タウオパチー患者剖検脳組織におけるタウ病変分布の相関の検証には、本年度に検証を行った脳領域以外の領域においても同様の検証を実施する必要がある。また、これまでに解析を実施した疾患以外のタウオパチーにおいても同様の検証を実施することで、当該 PET プローブを用いて得られる画像と病理の相関に関する深い理解がもたらされると考える。
E.結論
本研究により、大脳皮質基底核変性症、ピック病患者脳内におけるタウ PET プローブ[11C]PBB3
および[18F]PM-PBB3 の高集積と、患者剖検脳組織におけるタウ病変蓄積の一致が確認された。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Neuron, 109, 42-58, 2021
2. Acta Neuropathol, 141, 697-708, 2021
3. Int J Mol Sci, 22, 349, 2020
2.学会発表なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
なし- 121 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

ストレス応答におけるドーパミン受容体の役割の解明
研究代表者 板倉 誠 1）
研究分担者 飯田 諭宜 2），笹岡 俊邦 3），齊藤 奈英 3）
1）北里大学医学部生化学 2）北里大学医学部精神科 3）新潟大学脳研究所
研究要旨
ドーパミン作動性神経細胞は、黒質や腹側被蓋野などに存在し、線条体や大脳皮質へ投射することが知られている。また分泌されるドーパミンは、運動や情動などの神経機能の制御に深く関与している。本研究では、マウスにフットショックストレスを負荷した際に、ドーパミン作動性神経細胞の投射先である扁桃体，海馬，大脳皮質，線条体などにおいて、細胞内情報伝達系がどのように変化する
かを、ウエスタンブロットと定量リン酸化プロテオーム解析によって明らかにする。さらに、一過性のストレスによる脳内のリン酸化パターンの変化に、ドーパミン受容体 (D1~D3 受容体) ファミリーがどのように関与しているかを、それぞれの受容体のノックダウンおよびノックアウトマウスを用いて検討する。また、ストレスによってリン酸化が変動するシナプスタンパク質が同定できれば、その部位に対するリン酸化抗体を作製し、ストレスが引き起こす脳内変化についてより詳細に解析する。
A.研究目的

ブロットと定量リン酸化プロテオーム解析

現代日本は高ストレス社会であり、抑うつや不C57B6 マウスにフットショックストレス(脚へ安障害などのストレスに起因するとされる精神疾の電気ショック)を負荷後、15 分間および 60 分間

患が増加している。そのため、その発症機序の解経過した海馬，線条体，大脳皮質を採取、凍結し明や治療法の開発が重要な課題となっている。

たサンプルを笹岡教授 [新潟大学脳研究所] から本研究では、マウスに一過性のストレス(フット供与頂いた。各サンプルを、プロテアーゼ阻害剤

ショック)を負荷した際に、脳内の細胞内情報伝達(cOmplete, シグマアルドリッチ) およびプロテイ

系にどのような変化が起きているかを明らかに

ンホスファターゼ阻害剤 (PhosSTOP, シグマアルするために、ウエスタンブロットと定量リン酸化ドリッチ) を添加した Phase-transfer surfactant バ

プロテオーム解析を行う。また、これまでの共同

ッファー (PTS, 12 mM sodium deoxycholate, 12

研究の成果として、ドーパミン D2 および D3 受

mM sodium N-dodecanoylsarcosinate, and 200 mM

容体アゴニストが、マウスに不安感を誘発するこ

triethylammonium bicarbonate (TEAB))でホモジネとを確認している。そこでドーパミンが、ストレートし、ウエスタンブロットおよびプロテオーム

スによる細胞内情報伝達系の変化にどのような解析のサンプルとした。

役割を果たしているかを、ドーパミン受容体ファ定量リン酸化プロテオーム解析は、小寺教授

ミリーのノックダウンおよびノックアウトマウ[北里大学理学部附属疾患プロテオミクスセンタ

スを用いて、明らかにすることを目的とする。

ー] の協力のもと、現在進行中である。
2. ドーパミン D1 受容体コンディショナルノック

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

ダウンマウスのウエスタンブロットと定量リン

1. フットショックストレスマウスのウエスタン

酸化プロテオーム解析- 122 -

笹岡教授 [新潟大学脳研究所] から、1. 野生型

最初期遺伝子 c-Fos の発現上昇は、ドーパミン

マウス，2. ドキシサイクリン (DOX) 投与前の遺D1 受容体ノックダウンマウスを含む 4 種類のマ

伝子改変コントロールマウス，3. DOX 投与によっ

ウスすべてで見られた。

てドーパミン D1 受容体をノックダウンしたマウ

これまでの共同研究において、拘束浸水ストレス，4. DOX の投与を中止し、再びドーパミン D1

スマウス海馬では、ストレス負荷後に AMPA 型グ受容体を発現するようになったマウスの 4 種類にルタミン酸 GluA1 サブユニットのリン酸化が亢

ついて、フットショックストレスを負荷したマウ進することを見出している。そこで、フットショ

スとコントロールマウスの海馬，線条体，扁桃体，ッ ク マ ウ ス に つ い て も GluA1 Ser831 お よ び

大脳皮質を採取、凍結したサンプルを笹岡教授

Ser845 のリン酸化をウエスタンブロットで検討[新潟大学脳研究所] から供与頂いた。

した。

研究方法 1. で前述したように、サンプルを調浸水拘束ストレスとは異なり、フットショック

製し、ウエスタンブロットを行った。定量リン酸

ストレスでは、ストレス依存的な GluA1 のリン酸化プロテオーム解析についても小寺教授 [北里大化の亢進は見られなかった。しかしながら、GluA1

学理学部附属疾患プロテオミクスセンター] と協

Ser845 については、ドーパミン D1 受容体のノッ

力のもと行う予定である。

クダウンマウス海馬において、リン酸化が亢進している傾向が見られた。

C.研究結果1. フットショックストレスマウスの海馬およびD.考察

線条体のウエスタンブロット

マウスへのフットショックストレス負荷によC57B6 マウスのフットショック 15 分および 60

り、ドーパミン作動性神経細胞の投射先(海馬，線分間経過後の海馬と線条体のウエスタンブロッ

条体，扁桃体)で最初期遺伝子 c-Fos の発現上昇がトを行った。(論文未発表のため、データは非開示見られることから、脳内のドーパミン系がフットとします。)

ショックに対するストレス応答に関与すること

海馬，線条体とも神経活動に依存して発現するが示唆された。

最初期遺伝子 c-Fos の発現上昇が、フットショッ

また神経伝達物質放出を促進すると考えられ

ク 60 分間後に観察された。海馬においては、脳る SNAP-25 Ser187 のリン酸化に変化が見られる

由来神経栄養因子(BDNF)の発現上昇も見られた。

ことから、海馬や線条体において、ドーパミンのまた転写調節に関わる MAPK 経路について、放出量が変化している可能性が示された。また前

p44/p42MAPK，p38MAPK を活性化するリン酸化

年に実験を行った拘束浸水ストレスとフットシ

部位のウエスタンブロットを行った。その結果、

ョックストレスでは、タンパク質リン酸化の変化

海馬，線条体において、フットショック後の経過のパターンが異なるため、ストレスの種類によっ

時間に依存したリン酸化量の変動が見られた。

て、脳内のストレス応答が異なることが明らかに

次に神経伝達物質放出に必須である SNAP-25

なった。

Ser187 のリン酸化をウエスタンブロットで検討した。海馬においてはフットショック 60 分後にE.結論

リン酸化の亢進が、線条体では逆にリン酸化の抑フットショックストレスによりドーパミンが制が見られた。

関与する脳領域で神経活動に変化が起こること

2. ドーパミン D1 受容体ノックダウンマウスへのを明らかにした。そこで、定量リン酸化プロテオ

フットショックとウエスタンブロットームにより、より網羅的なタンパク質のリン酸化

Dox 投与によりドーパミン D1 受容体をノックダウンしたマウスと 3 種類のコントロールマウスの解析を進め、ドーパミン系がストレス応答に、どのように関与しているかを明らかにする。

にフットショックを行い 60 分間経過した海馬のウエスタンブロットを行った。(論文未発表のため、データは非開示とします。)

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なし- 123 -

2.学会発表なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
なし- 124 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

シヌクレイノパチーにおける異常蓄積タンパク質の排出亢進と治療法の開発研究分担者

研究代表者 丹治 邦和 1)、
今 智矢 2)、三木 康生 1)、森 文秋 1)、柿田 明美 3)、若林孝一 1)

弘前大学大学院医学研究科 1)脳神経病理学講座、 2) 脳神経内科学講座、
3) 新潟大学脳研究所 病理学分野

研究要旨「シヌクレイノパチー」では、αシヌクレインが異常蓄積するという共通病態を特徴とする。しかし、その蓄積機序や病態は不明であり、その進行を遅延・阻止する治療法は現在まで確立されていな
い。今回、シヌクレイノパチーの病態を知るためにアルツハイマー病における危険因子の 1 つとして同定されている Myelin associated oligodendrocytic basic protein (MOBP)の局在を検討した。その結果、健常者では MOBP はミエリンに強く局在していた。一方、パーキンソン病、レビー小体型認知症ではレビー小体において MOBP は陽性所見を示した。特にレビー小体のコアの部分に MOBP の免疫原性が認められた。以上のことから MOBP がレビー小体病の病態に関わっていることが示唆された。

A.研究目的の承認を得ている。

Myelin associated oligodendrocytic basic
protein (MOBP)はこれまでにアポ E4 を有するア

C.研究結果ルツハイマー病（AD）における危険因子の 1 つと

健常者では MOBP はミエリンに局在を示した。

して同定されている。AD の約半数はシヌクレイン

パーキンソン病（PD）、レビー小体型認知症（DLB）

病理が合併していることが知られている。また、ではレビー小体において MOBP は陽性所見を示し

MOBP は progressive supranuclear palsy (PSP)、た。特にレビー小体のコアの部分に MOPB の免疫

corticobasal degereration (CBD) 、筋萎縮性側原性が認められた。一方、多系統萎縮症（MSA）

索硬化症（ALS）や前頭側頭葉変性症（FTLD）に

AD、PSP、CBD、ALS および FTLD の神経細胞内、グおいても危険因子として報告されている。今回、リア封入体はいずれも陰性であった（図 1）。

種々の神経変性疾患剖検例を対象に MOBP の局在を検討した。

図１ 健常者および PD 患者における MOBP の免
疫染色(A-C)健常者における MOBP（緑色）はミエ

B.研究方法

リンマーカー（赤色）である myelin basic protein

ヒト剖検脳を用いた MOBP の解析（赤色） と完全に局在が一致した。
（D、E）パー2 種類の MOBP 抗体を用い、種々の神経変性疾患

キンソン病黒質（D）における脳幹型レビー小体の剖検脳組織を免疫組織化学的に検討した。患者および青斑核のレビー小体（E）の中心部位が MOBP

検体については、弘前大学医学研究科倫理委員会

陽性を示した。

- 125 -

（A-B）Bar=20 um、（D,E） Bar =10um

Biochem Biophys Res Commun 537 85-92,(2020).
2.学会発表第 61 回 日本神経病理学会（2020 年 10 月 12
－14 日、金沢・オンライン）
1)

森文秋, 他田真理, 今 智矢, 三木康生, 丹治邦和, 黒滝日出一, 冨山誠彦, 石原
智彦, 小野寺理, 柿田明美, 若林孝一, 筋萎
D

縮性側索硬化症および種々の病態の骨格筋・心E筋におけるリン酸化 TDP-43 凝集.
2)Tanji K, Mori F, Nikaido Y and

Wakabayashi K, Effect of oral and intranasal
administration of trehalose on multiple
system atrophy model mice.
3)

Kon T, Tanji K, Mori F, Kakita A,

Tomiyama M and Wakabayashi K,

D.考察

Immunoreactivity of myelin-associated

これまでに MOBP は白質およびオリゴデンドロ

oligodendrocytic basic protein in Lewy

サイトに発現が報告されている。今回、MOBP が

bodies.

PD および DLB のレビー小体に凝集することを報告した。特に脳幹型レビー小体ではほぼすべてがその他の学会

MOBP 陽性を示した。一方、皮質型レビー小体は一

4)

部 MOBP 陽性所見はあるもの陰性所見が多かった。

Utsumi J and Wakabayashi K, Novel tankyrase

また、MSA の細胞内封入体は陰性であった。この

inhibitors suppress formation of TDP-43

ことからシヌクレイノパチーに共通の病態では

aggregates, 第 43 回日本神経科学会 (2020

なく、レビー小体病に特異的な所見である。また、

年 7 月 29 日-8 月 1 日、神戸・オンライン).

AD、PSP、CBD、ALS および FTLD の神経細胞内、グリア封入体はいずれも陰性であった。

Tanji T, Mori F, Shirai F, Seimiya H,

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許出願E.結論
AD の約半数はシヌクレイン病理が合併していることが知られている。今回、シヌクレイノパチーの PD、DLB においてミエリン関連タンパク質の局在変化を示した。引き続きシヌクレイノパチーの早期の病態に着目して解析を進めていく。

なし
2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

F.研究発表1.論文発表[1] Tanji K, Mori F, Shirai F, Fukami T,
Seimiya H, Utsumi J, Kakita A and
Wakabayashi K, Novel tankyrase inhibitors
suppress TDP-43 aggregate formation,- 126 -

令和2年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

血漿中 ILEI 定量による高齢者認知機能障害の初期サロゲイトマーカーとしての検証
研究代表者 西村 正樹 1）
研究分担者 渡邊 直希 1），三ツ石 弥千代 1），春日 健作 2），池内 健 2）
1）滋賀医科大学・神経難病研究センター 分子神経病理学部門
2）新潟大学・脳研究所
研究要旨

Alzheimer 病に対する先制医療の実現が求められるなか、診断法や治療法の開発は難航している。
我々が病態惹起ペプチド Aβ の産生を抑制する内在性分子として同定した ILEI/FAM3C (interleukin-likeepithelial-mesenchymal transition inducer or family with sequence similarity 3, member C)は、加齢とともに脳内発現が低下し、その低下レベルは Alzheimer 病脳で顕著となるとともに、脳内 Aβ 蓄積レベルと負に相関することを明らかにしている。この知見をもとに、2018 年度までの共同研究（課題番号 2820）
により患者の脳脊髄液・血液中 ILEI の検討を行い、認知症との間に相関性が示唆される結果を得て、特許出願を行った。今後の実用化を考慮すると、血漿を用いた評価が侵襲性も少なく優れていると判断されることから、本課題では、血漿 ILEI レベルの定量が認知症リスクのサロゲイトマーカーとして成立する可能性について検証する。

い、既知のバイオマーカーや認知機能障害の程度

A.研究目的

我々が同定した ILEI は新たな分泌型機能分子との相関解析を横断的・縦断的に進めることによ

FAM3 スーパーファミリーに属し、APP-C99 の非特異的分解を促進するにより Aβ 産生を抑制する

り、認知症発症前後における血漿中 ILEI の診断的意義に関する検証を行うことを目的とする。

が、一方で γ セクレターゼ活性や Notch 切断は阻害しない(Nat Commun 5:3917, 2014)。この特異な活性を示す ILEI は中枢神経系においては主に神経B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

細胞に発現している。しかし、そのレベルは加齢(1) 新潟大学病院神経内科外来（研究分担者の担とともに低下し、剖検脳を用いた解析ではAlzheimer 病症例で顕著な発現低下が認められ、当する外来）を受診する患者のうち、NIA-AA 診
断基準を満たす認知症（最終目標 50 例），軽度認

Aβ 蓄積レベルに逆相関していた。これは、加齢知障害（最終目標 50 例）、健常高齢者（最終目標に伴う ILEI 減少が脳内 Aβ 産生亢進の一次的な原因となり、脳内 Aβ 蓄積のリスクとなる可能性を50 例）を対象とし、末梢血液を採取する。可能な症例については追跡し血液を再採取する。加えて、示唆している。

新潟大学脳研究所生命科学リソース研究センタ

本課題では、認知症、軽度認知機能障害、健常
高齢者の各症例を対象に血漿中の ILEI 定量を行ーに保管されている既存サンプルのうち，臨床検
体の二次利用の同意もしくは広範的同意が得ら- 127 -

れた血液サンプルも解析の対象とする。

流し、ILEI と Abの変動を見た。AMPA 型レセプ

(2) 血液中の ILEI の測定は ELISA にて滋賀医科大学神経難病研究センターで行う。

ターのアゴニストでは ILEI は増加、Abは減少した一方、アンタゴニストでは両者とも減少した。

(3) Aβ40 ・Aβ42 ・総 tau・リン酸化 tau などのNMDA 型レセプターに対するアゴニストでは両Alzheimer 病関連既知マーカーの測定を新潟大学
脳研究所で実施する。

者とも減少、アンタゴニストでは ILEI 不変、Ab著増が見られた。GABAA/GABAB レセプターのア(4) 血漿中 ILEI 値と既知のバイオマーカーや認知ゴニストでは両者とも減少、アンタゴニストで著機能障害の程度との相関解析を進めることによ増した。ニコチン型アセチルコリン(ACh)レセプ

り、とくに認知症発症前後における ILEI の診断的

ターのアゴニスト、アンタゴニストではともに意義に関して検討を行う。

Abは増加、ILEI は不変であった。ムスカリン型(5) 中枢神経系における ILEI タンパク質の動態や機能は、未だ不明なことも多い。マウスを用い、ACh レセプターでは、Abはアゴニストで減少、ア

詳細な局在や分泌機構、生理的機能などについて影響を受けなかった。これらの結果は、ILEI と解析を行う。

Abが異なる種類のシナプス群から分泌されるこ

ンタゴニストで増加したが、ILEI はともに大きな

なお、本研究は滋賀医科大学及び新潟大学脳研とを示唆したが、なかでも唯一 AMPA 刺激で両者究所において、研究倫理委員会の承認を得ている。

の変化の方向が逆向きであったことは ILEI と Abの周期的変動が鏡像関係にあることと AMPA 型
レセプター活性化との関連を推測させる所見とC.研究結果して注目された。以上の結果は、論文(Nakano M, et

今年度は、マウスを用いた解析を中心に進めた。
ILEI は中枢神経系において広範な領域のニュー

al. 2021)に取りまとめて報告した。

ロンに発現が認められ、核周囲小胞（主に TGN）

剖検脳では ILEI の発現が低下していることや認に加え、細胞分画法ではシナプス前部を主体とする分画に濃縮して局在することを見出し、すでに知症、MCI 症例の髄液中 ILEI は健常者に比して有意に減少しているという昨年度までの解析成

報告している。シナプス前部シナプス小胞の中で果を合わせて報告した。

また、この論文に於いて、Alzheimer 病症例のも、とくにアクティブゾーンにドッキングしたシ
ナプス小胞群において APP やγセクレターゼ複合体などと共局在していた。

D.考察

活動中マウスの大脳皮質細胞間質液中の ILEIおよび Aβ レベルをモニターするため、マイクロマウス脳マイクロダイアリシスを用いた解析
からは、ILEI は Aβ と同様にシナプス前部から神ダイアリシスを用いた解析を APP ノックイン

経活動に伴って分泌されるが、シナプスを神経伝

NL-G-F)マウスに適応した。その結果、ILEI は(App
Aβ と同様に細胞間質液中に分泌されていること、達物質サブタイプで見ると両者は異なる種類のシナプスから放出されると推測された。

そのレベルには緩徐な変動があることなどが確認された。この周期的な変動は Abにも報告されているが、同時にモニターすると ILEI と Aβ では

E.結論

鏡像関係にあった。一方、神経活動電位の抑制（テILEI は Abと同様に神経活動に伴いシナプス部

トロドトキシン投与）やシナプス小胞放出抑制（テタヌス毒素投与）によって、ILEI および Aβから分泌される。異なるシナプス群から放出された ILEI がAb産生を抑制する可能性が推測される。

の細胞間質レベルが顕著に低下したことから、両一方、この ILEI が Alzheimer 病早期における脳者は神経活動依存的にシナプス小胞から細胞外に分泌されることが明らかになった。

Aβ 蓄積のサロゲイトマーカーとして有用である
可能性が高く、今後血液を用いた解析に進める。

さらに、リバースダイアリシスを用い、レセプ
ターに対するアゴニストとアンタゴニストを環- 128 -

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1) Nakano M, Mitsuishi Y, Liu L, Watanabe N,

Hibino E, Hata S, Saito T, Saido TC, Murayama S,
Kasuga K, Ikeuchi T, Suzuki T, Nishimura M.
Extracellular release of ILEI/FAM3C and amyloid-b
is associated with the activation of distinct synapse
subpopulations. Journal of Alzheimer's Disease
80:159-174, 2021 doi: 10.3233/JAD-201174

2.学会発表該当なし。
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

1.特許出願出願番号：特願 2018-177844
発明者：西村正樹、池内 健
出願人：滋賀医科大学
出願年月日：2018 年 9 月 21 日
発明の名称：血液検体を用いた MCI 及び認知症の補助診断方法- 129 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

アルツハイマー病に関連するゲノム情報を駆使した多遺伝子解析
菊地 正隆 1)
池内 健 2), 宮下 哲典 2)

研究代表者
研究分担者

1)大阪大学大学院医学系研究科 ゲノム情報学 2)新潟大学脳研究所 遺伝子機能解析学
研究要旨
ゲノムワイド関連解析で見つかった数十個の一塩基多型（single nucleotide polymorphism: SNP）だ
けではなく、より多くの弱いリスクをもつ SNP を集めることで疾患をより良く説明するポリジェニッ
ク効果が知られている。本研究では脳研究所・遺伝子機能解析学分野（池内健教授・宮下哲典准教授）
で解析された晩期発症型アルツハイマー病 (late-onset Alzheimer's disease: LOAD）患者のゲノムデータ(SNP アレイデータやエクソームデータ、全ゲノムシークエンシングデータ)を用い、複数の遺伝的効果が与える AD への影響を解析する。
A.研究目的B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

疾患に対する複数遺伝的要因の寄与を定量化す

遺伝子機能解析学分野で解析した約 2,000 例のる手法としてポリジェニックリスクスコア

健常者およびアルツハイマー病患者のゲノムデ（polygenic risk score: PRS）やジェノミック

ータは SNP アレイで測定されており、約 180 万箇

リスクスコア（genomic risk score: GRS）が提所の SNP マーカーをジェノタイピングしている。

案されている。本研究ではまずこれらの指標を脳

SNP アレイに載っていない領域のジェノタイピン

研 独 自 の ア ル ツ ハ イ マ ー 病 （ Alzheimer's

グを行うためにインピュテーション解析を行う。

disease: AD）患者ゲノムデータを用いて解析し、また 500 例以上の検体でエクソーム解析や全ゲノ

複数の遺伝的要因がどの程度 AD を判別しうるの

ムシークエンシング解析が行われており、これらかを解析する。AD では MRI データなどによる脳萎

検体では MRI や髄液バイオマーカーが測定されて縮や脊髄バイオマーカーの変化が知られている。

いる。本解析ではこれら検体の多遺伝子効果を定

複数の遺伝的要因がこれら表現型に影響を与え量化するために上記のゲノムデータを駆使するているのかどうかを調べるために PRS や GRS と相ことで PRS を算出する。PRS は公開されているア

関する表現型を探索する。これにより AD の遺伝

ルツハイマー病 GWAS データに収録されている各的要因と表現型の間のミッシングリンクを明ら

SNP の疾患への寄与度(p 値やオッズ比など)を重かにする。また、AD の遺伝的要因がその他の疾患

みとし、リスクアリルの数を説明変数とした重み（特に精神疾患等）の遺伝的要因とどの程度関連

付け線形和として表現される。寄与度の高いリスするのかを調べるために遺伝的相関解析等を行

クアリルを多く持つ検体は PRS が高くなる。計算うことにより遺伝的相関が高い疾患ですでに承した PRS が髄液バイオマーカーや脳萎縮と相関す

認されている薬剤が AD で奏功するかどうかといるかどうかを検討し、その他の疾患で算出したったドラッグリポジショニングへの応用を検討

PRS とどの程度相関するのかを解析する。

する。

本研究は大阪大学研究倫理審査委員会においてヒトゲノム研究審査を経て承認を得ている（承認番号: 767-2）。また新潟大学遺伝子倫理審査委- 130 -

員会において遺伝子解析研究計画審査を経て承1.

認を得ている（承認番号: G2015-0850）。

菊地 正隆. アルツハイマー病マルチオミッ
クスデータを用いたシステム生物学的研究.
第 93 回日本生化学会大会. 2020 年 9 月 15 日.
オンライン開催 (口頭発表).

2.

C.研究結果Masataka Kikuchi, Akinori Miyashita,

昨年度新潟大学脳研究所 遺伝子機能解析学教

Norikazu Hara, Daichi Shigemizu, Kouichi

室より受領したゲノムデータを用いインピュテ

Ozaki, Shumpei Niida, Takechi Ikeuchi,ーション解析を行った。リファレンス配列に 1000

Akihiro Nakaya. Polygenic analysis of

人ゲノムプロジェクトの東アジア人のデータをAlzheimer’s

用い約 700 万マーカーをインピュテーションした。

population. The Alzheimer's Association

現在日本人全ゲノムシークエンシングデータをInternational Conference. 2020 年 7 月 27

用いたインピュテーション解析を行っている。イ

日. オンライン開催 (ポスター発表).

diseaseinaJapanese

ンピュテーションを行う前後のポリジェニック
リスクスコアを算出し、患者の識別能力を比較しG.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

たところインピュテーション後の識別能力が高該当なし。

かったため SNP マーカーの補填によりポリジェニ
ックリスクスコアが改善されたことがわかった。
D.考察
本年度はインピュテーション解析を行いポリジェニックリスクスコアの精度を比較した。その結果、インピュテーション後の方が精度が高かった。考察としてことより多くの GWAS 統計量をもつ SNP マーカーがポリジェニックリスクスコアの算出に利用できたため精度が高くなったと考えられる。来年度は算出したポリジェニックリスク
スコアと MRI データなどによる脳萎縮や脊髄バイオマーカーの変化との相関関係について解析を行う。
E.結論
今後日本人におけるアルツハイマー病のポリジェニックリスクスコアを計算するとともに各検体で採取された髄液バイオマーカーとの相関解析を行うことで様々な遺伝的要因と病理指標のあいだの関連性を総合的に調べることが可能になる。さらに異なる人種において計算した統計的指標を比較することで人種間の違いについて言及できると考えられる。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表該当なし
2.学会発表- 131 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

臨床応用に資する[11C]TGN-020 の迅速かつ高収量な製造合成法の開発、 2）
研究代表者 久保均 1）
研究分担者 高橋和弘 2）、城寶大輝 2）
、五十嵐博中 3）、鈴木雄治 3）、中村ゆきみ 3）
福島県立医科大学保健科学部診療放射線科学科 1）、福島県立医科大学先端臨床研究センター2）、
新潟大学脳研究所統合脳機能研究センター3）
研究要旨
本研究の推進には、新潟大学が開発したヒト用 AQP-4 PET 測定に用いるイメージング薬剤[11C]TGN020 の製造を、異なる実施環境、異なる性能（ハードウェア）を含む、異なる自動合成装置が設置された福島県立医科大学で実現する必要がある。そこで、本学環境に合わせた [11C]TGN-020 の製造法の基本設計を終了し、実際の製造合成の試行を行った。その結果、[11C]TGN-020 を合成できることが確認された。しかし、収量及び比放射能をより高めなければ次ステップである前臨床試験に進むことができな
いため、合成手順のさらなる最適化による [11C]TGN-020 製造が必要であると考えられた。
A．研究目的検討し、2）単体添加量を減らし、手順の簡素化や新潟大学が開発されたヒト用 AQP-4 PET 法が確最適化などの技術を駆使して製造合成時間の迅

立することにより、ヒト脳における AQP-4 マッ

速化を図り、高い比放射能かつ高収量でピングが可能となり、本トレーサーでの水動態の[11C]TGN-020 が得られる製造合成方法を新たに可視化に基づく glymphatic system の解明や各種

設計し構築した。

疾患との関連性を検討することが可能となっている。しかし、現行の製造合成手法は比較的合成

C．研究結果時間が長く、収量も臨床で用いるに十分な量を得

1）の製造合成法の移植については、自動合成装ることができておらず、さらに合成途中に付加さ置の改造で対応した。新潟大学は GE ヘルスケア

れる単体により比放射能が低いという弱点を有社製の自動合成装置を用いているが、福島県立医することから汎用化されてはいない。そこで、本大では住友重機械工業㈱製の自動合成装置を用研究では現行の[11C]TGN-020 の製造合成系を再いているため、合成手順をそのまま移植すること検討し、より比放射能が高く短時間で高収量の得は、ハード的にもソフト的にも難しい。そこで、られる製造合成法を新たに構築して、よって臨床

配管のつながりや長さ、電磁弁の位置、温度制御、応用の汎用化に資することを目的とした。

流量等を調整して新潟大学の合成装置に近い動作が可能なようにできる範囲で改造した。TGN-

B．研究方法（倫理面への配慮を含む）

020 を合成する上で必要な[11C]CO2 の濃縮は、モ

新潟大学で開発された[11C]TGN-020 の製造合

レキュラーシーブを充填したガラス管とカラム成法を広く臨床へ資するため、1）開発された手法

ヒーターを用いて可能とした。実際のホット合成を福島県立医科大学先端臨床研究センターに移では、[11C]CO2 の照射終了前に反応容器 1 に予め植して新潟大学以外の施設（新潟大学と異なる合前駆体となるアリルリチウム試薬をドライアイ成装置）で再現できるかを検証した。また並行し

ス－メタノール（‐78℃）の冷却条件下で作製して現行の[11C]TGN-020 の製造合成スキームを再ておき、サイクロトロン照射終了後、回収した- 132 -

[11C]CO2 を室温でモレキュラーシーブに吸着さために原因を調査したが、使用した試薬の劣化がせ、その後、加熱して窒素ガスを流すことで吸着原因であることが判明した。

した[11C]CO2 を反応容器 1 に低流速で導入して、

図 2：収量改善を目指した試行の HPLC 解析結果

‐78℃で反応を行った。未反応のアリルリチウム
試薬をクエンチした後、反応容器 2 に反応液を移送した。この移送の理由は、反応容器 1 に加熱機能がないためである。反応容器 2 に移った反応液を加熱し、溶媒を乾固させた後に縮合反応を行った。縮合反応終了後 HPLC で分取して TGN-020 を得た。この合成装置を用いて[11C]TGN-020 の合成を試行し、図 1 に[11C]TGN-020 の合成に成功したことを示す。
図 1：[11C]TGN-020 の HPLC 解析結果

D．考察
本年度は、最終的に臨床応用するための汎用化に資するため、現行の[11C]TGN-020 の製造合成系を再検討し、より比放射能が高く短時間で高収量の得られる製造合成法を新たに構築した。我々の開発した製造合成法で試行した結果、新潟大学とは異なる製造合成環境における[11C]TGN-020 の製造合成に成功することができた。これは、製造
合成過程を本学の環境に合わせて再構築することができたためと考えられた。なお、この再構築
2）については比放射能の向上を目指し、アリルリチウム試薬のクエンチ方法に着目した。アリル

過程においては、脳研共同研究者による製造合成に関する経験の共有が非常に有効であった。

リチウム試薬を塩酸やアセトンでクエンチし不また、非放射性のニコチン酸発生を抑制するた活性の化合物に変換することで、比放射能を下げめ、アリルリチウム試薬のクエンチ方法を改善する要因となる非放射性のニコチン酸を発生させることで比放射能および収量の向上を図った。試ずに次の縮合反応へ移ることができると考え、n-薬の劣化により高収量の結果を出すことはでき

BuLi を利用した[11C]ニコチン酸合成反応のクエなかったが、比放射能は 7 倍以上に向上すること

ンチ剤として 1N 塩酸及びアセトンを使用した。

ができた。今後は、開発した手法の更なる最適化

その結果、収量は 111MBq で放射化学的収率は 2%、を行い、高比放射能かつ高収量な[11C]TGN-020 の比放射能が 0.654GBq/µmol という結果を得た。次製造法を確立する。

に収量の改善を図るため、縮合反応条件を
EDC/DMF 溶媒から HATU/THF 溶媒へ変更すること

E．結論

で約 10 倍の収率が得られることがわかった。こ

福島県立医科大学でも[11C]TGN-020 の製造がの条件で製造合成の試行を行ったところ、収量はできることを示したと共に、従来よりも高比放射36MBq で放射化学的収率は 0.9%、比放射能は能となる[11C]TGN-020 の製造合成法の設計がで4.746GBq/µmol となった（図 2）。収量が低下した- 133 -

きた。
F．研究発表（上記課題名に関するもの）
1．論文発表なし
2．学会発表なし
G．知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
特記すべきことなし- 134 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

神経変性疾患特異蛋白と神経細胞脱落：ヒト基底核における定量的検討
小柳 清光 1)
山田 光則 1)，柿田 明美 2)

研究代表者
研究分担者

1）信州大学医学部神経難病学講座 2）新潟大学脳研究所病理学分野
研究要旨
ポリグルタミン病におけるポリグルタミン沈着と神経細胞脱落との連関を明らかにする目的から、
歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症（DRPLA）とマチャド・ジョセフ病（MJD）、ハンチントン病（HD）の線条体神経細胞の大きさと数を定量的に検討し、それらの連続切片にポリグルタミン免疫染色して陽性所見を分析し、神経細胞減少との相関を解析した。DRPLA、MJD、HD とも、多くの線条体神経細胞の核でポリグルタミンのびまん性染色所見がみられ、一方核内封入体は少数の神経細胞で認められた。神
経細胞数の減少は、HD では小型神経細胞の数は対照の 12〜16％まで減少し、大型神経細胞数は対照の34〜35%であり、一方 DRPLA では小型神経細胞数は対照の 51〜61%、大型神経細胞数は 34〜39%であった。MJD では小型神経細胞数は対照の 65％〜76％、大型神経細胞は 19〜26%であった。すなわちポリグルタミン病の線条体では、HD では小型神経細胞優位の減少がみられるが、DRPLA と MJD では大型神経細胞優位の減少が認められた。一方、神経細胞数の減少とポリグルタミン沈着の様態とは直接の関連は指摘しえなかった。
A.研究目的

疫組織学的に解明する。

神経変性疾患特異蛋白と神経細胞脱落との連B.研究方法関を明らかにする。このため、ヒト基底核を侵す

症例：DRPLA（6 剖検例、18〜37 歳：26.7+/−

下記の疾患で免疫組織化学的に疾患特異的蛋白

6.6 歳）と MJD（3 剖検例、32、36、61 歳：42.3+/

を検索し、連続切片を用いて細胞定量的に神経細−16.2 歳）の尾状核と被殻の神経細胞を定量的に胞脱落を検索して、これらの連関を解明する。疾

検討し、我々が先に報告した HD（4 剖検例、40〜

患と検索部位は、歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症

58 歳 ： 52.8+/ − 8.5 歳 ）（ Oyanagi K, Ikuta F: A

（DRPLA）、マチャド・ジョセフ病（MJD）、ハ

morphometric reevaluation of Huntington’s chorea

ンチントン病（HD）における線条体すなわち尾状with special reference to the large neurons in the

核と被殻を検索する。これらの部位でポリグルタ

neostriatum. Clinical Neuropathology 1987; 6: 71-79）

ミン（1C2）免疫染色を行い、その陽性所見を観察のデータと比較検討する。用いる対照は、DRPLAし、尾状核と被殻の残存神経細胞の大きさと数をの対照としての A 群（6 例、22〜37 歳：27.5+/−5.8

計測解析して、疾患特異蛋白の出現と、神経細胞

歳）および MJD と HD の対照として B 群（5 例、脱落の程度との連関を病理学的、細胞定量的、免45〜66 歳：55.6+/−9.4 歳）である。

- 135 -

検索方法：（1）神経細胞計測：Oyanagi et al. 1987

D.考察と同様の方法を用いた。すなわちホルマリン固定

ポリグルタミン病の線条体神経細胞の脱落に−パラフィン包埋された 20µm 間隔の 10µm 厚切片

関しては、これまで HD で精力的に検討され、小2 枚をクリューバー-バレラ（KB）染色し、ニッス型神経細胞優位の神経細胞脱落が報告されてきル小体と明瞭な核小体を有する細胞を神経細胞た（Oyanagi et al. 1987）。本研究結果から、DRPLAと同定した。冠状断された側坐核レベルの尾状核と MJD では大型神経細胞優位の減少が生じてい頭部と乳頭体レベルの被殻においてそれらの上ることが考えられた。神経細胞減少の程度は、小半正中部と下半正中部において 0.5mm2 に含まれ型神経細胞の脱落は HD で最高度であり、DRPLA

る核小体を有する神経細胞核の断面積をニコンと MJD では、小型神経細胞数は対照の 50％〜76％

描画装置とディジタイザを用いて計測し、尾状核程度までの減少に止まり、一方、大型神経細胞は、または被殻の断面積を乗じて全体の神経細胞数

DRPLA が対照の 34〜39％まで減少し、MJD ではを算出した。神経細胞核の断面積 100 µm2 未満を対照の 19〜26％まで減少していた。

小型神経細胞とし、100 µm2 以上を大型神経細胞

いずれの疾患でも、残存神経細胞では核内のびとして、大型神経細胞は尾状核および被殻の全体

まん性ポリグルタミン染色が多数の神経細胞でを計測した。計測結果の比較は、DRPLA は対照 A

見られ、封入体を有する神経細胞は少数であった。

群と、MJD と HD は対照 B 群と行った。
（2）これ

DRPLA と MJD の神経細胞核内のポリグルタミン

らに連続する 6µm 厚切片を用いてポリグルタミ

陽性所見は研究分担者山田らにより報告され細ン免疫染色を施行して光顕で観察した。

胞変性との因果が論じられている（Yamada M, Tan（倫理面への配慮）全症例とも剖検施設においてC-F, Inenaga C, Tsuji S, Takahashi H: Sharing ofインフォームドコンセントが得られている。信州

polyglutamine localization by the neuronal nucleus and大学医学部倫理委員会承認済み（#5108）。

cytoplasm in CAG-repeat diseases. Neuropathology

C.研究結果

and Applied Neurobiology 2004;30:665-675. doi:（1）DRPLA の小型神経細胞数は、尾状核では対照の 60.6%まで減少し、被殻では 50.8%まで減少していた。大型神経細胞数は、尾状核では対照の 34％まで減少し、被殻では 39.2％まで減少していた。
（2）MJD の神経細胞減少の程度は症例によ。ポリグルタミン
10.1111/j.1365-2990.2004.00583.x）
病の線条体における神経細胞脱落は、DRPLA、
MJD、HD ともに、ポリグルタミンの核内沈着の様態からは神経細胞減少との相関を直接的には指摘しえなかった。

ってばらつきが大きいが、小型神経細胞数は尾状核では対照の 76％まで減少し、被殻では 65.2％まで 減少 、大型 神経 細胞数 は尾 状核で は対 照の19.4％となり、被殻では 25.9%であった。
（3）既報の HD のデータは、小型神経細胞数は尾状核では対照の 15.9%まで減少し、被殻では 11.7％まで減少していた。一方、大型神経細胞数は尾状核では対照の 35.2％まで、被殻では 33.6％まで減少していた（Oyanagi et al. 1987）。
（4）ポリグルタミン病
DRPLA、MJD、HD の線条体では、多くの残存神

ポリグルタミン病では神経細胞の萎縮が生じている事が報告されている（Sakai K, Yamada M,
Sato T, et al. Neuronal atrophy and synaptic alteration
in a mouse model of dentatorubural-pallidoluysian
atrophy.

細胞で認められた。

2006;

129:

2353-2362.

doi:10.1093/brain/awl82）. 従って、本研究が明らかにした神経細胞の減少、特に大型神経細胞数の減
少には神経細胞の萎縮を考慮する必要性が考え
られる。
E.結論

経細胞で核がポリグルタミン免疫染色でびまん性の染色性を示し、核内封入体は少数の残存神経

Brain（1）DRPLA の小型神経細胞数は、尾状核では対照の 60.6%まで減少し、被殻では 50.8%まで減少していた。大型神経細胞数は、尾状核では対照- 136 -

の 34％まで、被殻では 39.2％まで減少していた。

22; 100310, 2021 doi:（2）MJD の神経細胞数の減少の程度は症例によorg/10.1016/j.ensci.2021.100310ってばらつきが大きいが、小型神経細胞は尾状核

2.学会発表では対照の 76％まで減少し、被殻では 65.2％まで

1. Oyanagi K, Shimizu H, Yamada M, Kakita A.

減少し、大型神経細胞は尾状核では対照の 19.4％

Neostriatum in patients with polyglutamine

まで、被殻では 25.9%まで減少していた。
（3）既

diseases: a quantitative and

報の HD では、小型神経細胞数は尾状核では対照

immunohistological investigation. 第 61 回日の 15.9%まで減少し、被殻では 11.7％まで減少、

本神経病理学会 2020 年 10 月 13 日 金

大型神経細胞数は尾状核では対照の 35.2％、被殻沢市（On line）

では 33.6％であった。
（4）すなわち、ポリグルタ

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

ミン病の線条体では、HD では小型神経細胞優位、

1.特許取得DRPLA および MJD では大型神経細胞優位の減少ありませんが見られた。
（4）DRPLA、MJD、HD の線条体神

2.実用新案登録

経細胞脱落は、ポリグルタミンの核内沈着の様態

ありません
3.その他

とは直接的な相関を指摘しえなかった。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）

ありません

1.論文発表1. Verheijen BM, Lussier C, Müller-Hübers C,
Garruto RM, Oyanagi K, Braun RJ, van
Leeuwen FW: Activation of the unfolded
protein response and proteostasis disturbancein parkinsonism-dementia of Guam. Journalof Neuropathology and Experimental
Neurology 2020; 79: 34-45. doi:
10.1093/jnen/nlz110
2. Verheijen BM, Morimoto S, Sasaki R, Oyanagi
K, Kokubo Y, Kuzuhara S, van Leeuwen FW:
Expression of mutant ubiquitin andproteostasis impairment in Kii amyotrophic
lateral sclerosis / parkinsonism-dementia
complex brains. Journal of Neuropathology
and Experimental Neurology 79: 902-907,
2020 doi: 10.1093/jnen/nlaa056
3. Kinoshita M, Oyanagi K, Kondo Y, Ishizawa K,
Ishihara K, Yoshida M, Inoue T, Mitsuyama Y,
Yoshida K, Yamada M, Sekijima Y, Ikeda S:
Pathologic basis of the preferential thinning ofcorpus callosum in adult-onset
leukoencephalopathy with axonal spheroids
and pigmented glia (ALSP). eNeurologicalSci- 137 -

令和2年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

脳由来の血中糖タンパク質の網羅的な同定方法の確立
智也 1）
阿部 学 2）

研究代表者

赤間

研究分担者
1）関西医科大学医学部薬理学講座

2）新潟大学脳研究所モデル動物開発分野
研究要旨

我々は脳からどのような糖タンパク質(およびエクソソームのような糖鎖修飾された細胞外小胞)が血中に移行しているかを網羅的に同定する方法の確立を試みる。具体的には Ggta1 遺伝子欠損マウスの脳のみに Ggta1 を発現させ、その遺伝子産物の活性による糖鎖構造 Galα1-3Gal を持つ血中糖タン
パク質を検出することで、脳が産生する糖タンパク質を網羅的に同定する。ゲノム編集により作製された Ggta1 遺伝子欠損マウスの脳、血漿および各種臓器からのタンパク質について抗 Galα1-3Gal 抗体によるウェスタンブロットを行ったところ検出されるタンパク質成分は見られなかった。また Cre
リコンビナーゼによる Ggta1 遺伝子発現誘導により Galα1-3Gal 修飾を有する血中糖タンパク質が検出されたことから、本システムが計画通りに進行するものと考えられた。
A.研究目的術を用いて作製する（脳研究所にて作製済み）。

我々は脳からどのような糖タンパク質（およびエクソソームのような糖鎖修飾された細胞外小脳特異的に Ggta1 を発現させる方法として、細胞系譜解析に用いられる Rosa-mT/mG ミニジーンに胞）が血中に移行しているかを網羅的に同定する

P2A 配列を介して Ggta1 を連結させたミニジーン

べく、遺伝子改変マウスを用いた方法論を確立する｡血中のどの糖タンパク質が脳由来であるかをを作製し、これをマウスの Rosa26 座位にノックインすることで、Cre リコンビナーゼを発現して知る方法が確立できれば、特定の糖タンパク質のいる臓器でのみ Ggta1 が発現するような遺伝子改

糖鎖構造変化を検出することで血液検査による神経疾患や脳腫瘍などの早期診断方法を構築で変マウスを作製する（脳研究所にて作製済み）。
Cre ドライバーマウスとしては Nestin-Cre マウス

きることが期待される。

と GFAP-Cre マウスを用いることを予定している

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）（Nestin-Cre は入手済み）。これらのマウスを掛け合わせて Ggta1(-/-)/Rosa26(+/mTmG)/Nestin-糖転移酵素である Ggta1 の遺伝子欠損マウスのCre（あるいは GFAP-Cre）マウスを作製し、その脳のみに Ggta1 を発現させ、その遺伝子産物の活性により合成される糖鎖構造 Galα1-3Gal を持つ

血液から GSB4 レクチンあるいは抗 Galα1-3Gal抗体陽性の糖タンパク質を単離してそのタンパ

血中糖タンパク質を検出することで、脳が産生す

ク質を質量分析器により同定する｡この解析にてる 糖 タ ン パ ク 質 を 網 羅 的 に 同 定 す る 。 Gal α
1-3Gal 構造は GSB4 レクチンにより検出されるが、検出された分泌タンパク質はその脳での発現をRT-PCR や免疫染色及びウェスタンブロッティン

Ggta1 遺伝子欠損マウスの組織はこのレクチンにグなどで確認する｡本研究に関する動物実験計画

対して陰性であることが既に報告されている｡本
研究では Ggta1 遺伝子欠損マウスはゲノム編集技

は関西医科大学動物実験委員会にて審査の上、承認されている。

- 138 -

C.研究結果無くなっているかどうかは不明である｡血中糖タ

前年度までの研究により脳研究所にて作製さンパク質のみを対象とするならば今回作製したれた Ggta1 遺伝子変異マウス(Ggta1(-/-))は抗変異マウスだけで充分であると考えられるが、エGalα1-3Gal 抗体に反応する糖タンパク質を持たクソソームの産生臓器も特定しようとするのでないことが確認された。組織特異的に Ggta1 を発現させるためのミニジーンを Rosa26 座位に挿入

あれば A3galt2 の遺伝子欠損マウスの作製も必要かも知れない｡この点についてはエクソソームのした遺伝子改変マウスは脳研究所にて作製され、単離とその糖脂質上の Galα1-3Gal 構造の有無を

関西医大の動物飼育施設に搬入された。このマウ詳細に調べると同時に、バックアップとしてスを Ggta1(-/-)マウスと交配させ、Ggta1(-/-)/

A3galt2 の遺伝子欠損マウスの作製も検討する。

Rosa26(+/mTmG-Ggta1)マウスを作製した。このマウスから血漿を調製し、抗 Galα1-3Gal 抗体にてウェスタンブロットを行なったところ、

E.結論

Ggta1(-/-)由来の血漿と同様に反応する糖タン

コンビナーゼの発現のみにより Galα1-3Gal 構造

パク質を持たないことが確認されたことから、を持つ糖タンパク質を産生するものであった。今Rosa26 座位に挿入した mTmG-Ggta1 ミニジーンか後は遺伝子欠損マウスの繁殖と組織特異的 Ggta1

らの Ggta1 遺伝子発現はないものと考えられた。

遺伝子発現マウスとの掛け合わせを行い、脳由来

次に Cre リコンビナーゼによる mTmG-Ggta1 からの Ggta1 遺伝子発現誘導を確認するために全身で血中糖タンパク質の同定を進める｡

Cre リコンビナーゼを発現する Ayu-1 Cre トラン

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表該当なし

スジェニックマウスを交配させ、Ggta1(-/-)/
Rosa26(+/mTmG-Ggta1)/Ayu-1 Cre Tg マウスを作作製された遺伝子改変マウスは予定通り Cre リ

製した。このマウスから血漿を調製し、抗 Galα
1-3Gal 抗体にてウェスタンブロットを行なった

2.学会発表ところ、野生型マウスと同様に抗 Galα1-3Gal 抗該当なし

体に反応する糖タンパク質の存在が確認された。
このことから mTmG-Ggta1 ミニジーンからの Ggta1

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

遺伝子発現は Cre リコンビナーゼにのみ誘導され、誘導された Ggta1 は野生型のマウスと同様に Gal
α1-3Gal 修飾を持つ糖タンパク質を産生することが証明された。
D.考察

当初の計画通り、Ggta1(-/-)/Rosa26(+/mTmGGgta1)マウスは Galα1-3Gal 構造を持つ血中糖タ
ンパク質を有せず、Cre リコンビナーゼの誘導により Galα1-3Gal 構造を持つ糖タンパク質を産生することが確認された。マウスにおいて糖タンパ
ク質上の Galα1-3Gal 構造は Ggta1 遺伝子産物により合成されていると報告されており、今回の結果はそれを確認するものであった｡一方で糖脂質上の Galα1-3Gal 構造は Ggta1 だけでなく別の糖転移酵素遺伝子である A3galt2 の寄与も少なくないとする報告もあり、Ggta1 遺伝子欠損だけで血中エクソソーム上の糖脂質の Galα1-3Gal 構造が- 139 -

該当なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

睡眠覚醒と記憶制御に関わる視床下部神経の動作原理解明
山中 章弘 1）
研究分担者 笹岡 俊邦 2），阿部 学 2）
研究代表者

1）名古屋大学環境医学研究所 2）新潟大学脳研究所
研究要旨
睡眠覚醒の調節には視床下部に存在するペプチド作動性神経が重要な役割を担っている。また、それの神経は近年の研究によって、睡眠中の記憶の制御にも重要であることが明らかになってきた。本
研究では、これらのペプチド作動性神経細胞を光遺伝学・薬理遺伝学等を用いて操作し、睡眠覚醒や睡眠中の記憶がどのように調節されているのか明らかにすることを目的としている。そのために、視床下部のペプチド作動性神経特異的に遺伝子発現が可能な遺伝子改変マウスを作成し、ウイルスベク
ターとの組みわせによって標的神経活動の特異的操作を達成し、動作原理について明らかにする。
伝学適用のために、チャネルロドプシン 2(ChR2)

A.研究目的視床下部に存在するペプチド作動性神経は、睡を発現させ、特定神経を光で活性化し、オレキシ

眠覚醒において、極めて重要な役割を担っているン神経から記録を行うことで、特定神経からの入が、睡眠中の記憶制御にも重要な役割があること

力 と、それに対するオレキシン神経の反応様式が分かってきた。これらの神経細胞を光遺伝学・を明らかにすることができる。まずは、GABA 作動

薬理遺伝学等を用いて操作し、睡眠覚醒調節や睡性神経特異的に Cre を発現する GAD67-Cre マウス

眠中の記憶の制御がどのように調節されているを用いて、それらの神経細胞からの入力がオレキのか明らかにする。視床下部の神経特異的に遺伝

シン神経においてどのような作用を示すのかに子発現させる遺伝子改変マウスを作成し、ウイル

ついて明らかにする。これらの研究によって、オスベクターとの組み合わせによって、神経活動操レキシン神経を中心とした神経回路とその動 作作を達成し、動作原理について明らかにする。

原理が明らかになると考えられる。オレキシン神経は睡眠覚醒調節において覚醒レベルの調節に関わっていることが知られており、それらがどのB.研究方法（倫理面への配慮を含む）
視床下部には様々なペプチド作動性神経が存ような神経細胞によって調節されているのかが在するが、それらの中でもオレキシンを産生する

明らかになると考えられる。また、睡眠中の記憶

オレキシン神経に着目して解析を行う。オレキシ

制御における役割について、様々な記憶を評価でン神経特異的に Flippase recombinease を発現すきる実験系と操作を組み合わせて明らかにする。

る遺伝子改変マウス(Orexin-Flippase マウス )を用いて、オレキシン神経特異的に遺伝子発現をC.研究結果誘導する。Orexin-Flippase マウスを様々な神経

体内時計の中枢である、視交叉上核(SCN)は主細胞に Cre を発現する遺伝子改変マウスと交配さに GABA 作動性神経で構成されている。睡眠覚醒

せて Bigenic マウスを作成し、Cre 依存的な遺伝がどのように体内時計によって調節されている

子発現と組み合わせることによって、異なる 2 種のかについて明らかにするために、GABA 作動性神類の神経細胞に別々の遺伝子を発現させる。光遺経特異的に Cre リコンビナーゼ(Cre)を発現する- 140 -

GAD67-Cre マウス（脳研究所において作出）を用性化することを見いだしたため、この神経経路がいて Cre 依存的に緑色蛍光タンパク質(GFP)を発

体内時計のリズムを睡眠覚醒リズムに変換する

現するアデノ随伴ウイルスベクター(AAV)を SCNための重要な神経経路であることを示した。

の神経細胞に感染させた。その結果、SCN の GABA
作動性神経が、室傍核(PVN)に密に軸索を投射しE.結論ていることが明らかになった。そこで、室傍核の脳研究所において作出された、3 種類の遺伝子

主たる神経細胞の 1 つであるコルチコトロピン放改変動物(GAD67-Cre マウス、CRF-Cre マウス、出因子(CRF)産生因子産生神経(CRF 神経)に着目

Orexin-Flp マウス)を組み合わせて、体内時計のした。PVN の CRF 神経(PVN-CRF 神経)は、視床下中枢である SCN の GABA 作動性神経が PVN に投射

部外側野に密に軸索を投射しており、同領域にはし、CRF 神経を介して視床下部のオレキシン神経

覚醒維持に重要なオレキシン産生神経(オレキシ

活動を調節する神経経路が、体内時計のリズムをン神経)が存在する。そこで、PVN-CRF 神経とオレ

睡眠覚醒リズムに変換するために重要な経路でキシン神経との機能連関を明らかにするために、あることを明らかにした。

CRF 神経特異的に Cre を発現する CRF-Cre マウス（脳研究所において作出）をオレキシン神経特異的に Flippase リコンビナーゼ(Flp)を発現する
Orexin-Flippase マウス（脳研究所において作出）

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Mukai Y, Nagayama A, Itoi K, *Yamanaka
A. Identification of substances whichとを交配させて、バイジェニックマウスである

regulate activity of corticotropin-releasing

CRF-Cre; Orexin-Flp マウスを名古屋大学においfactor-producing neurons in theて作出した。このマウスに AAV を脳局所注入し、paraventricular nucleus of the hypothalamus.

PVN の CRF 神経(PVN-CRF)特異的にチャネルロドプ

Sci Rep, 2020; 10: 13639. doi:

シン 2(ChR2)を発現させた。一方、オレキシン神
経には、赤色蛍光タンパク質を発現させた。脳ス
ライス標本を作製し、赤色蛍光タンパク質を発現10.1038/s41598-020-70481-5
2.

Sugiyama T, Yamanaka A. The mammalian

するオレキシン神経からパッチクランプ記録を

circadian pacemaker regulates wakefulness

行いながら、青色光を照射して PVN-CRF 神経軸索

via CRF neurons in the paraventricular

末端を光遺伝学を用いて活性化させたところ、オ

nucleus of the hypothalamus. Sci Adv, 2020;

レキシン神経活動が上昇することを見いだした。
このことから、PVN-CRF 神経はオレキシン神経を活性化させ、覚醒を誘導することが明らかになっ*Ono D, Mukai Y, Hung CJ, Chowdhury S,

6. doi: 10.1126/sciadv.abd0384
3.

Tisdale RK, Yamanaka A, *Kilduff TS.
Animal Models of Narcolepsy and theた。
これらのことから、
SCN の GABA 作動性神経が、Hypocretin/Orexin System: Past, Present,

PVN の CRF 神経を介して視床下部のオレキシン神and Future. Sleep, 2020. doi:

経活動を調節することが、体内時計が睡眠覚醒調

10.1093/sleep/zsaa278.

節に影響を与える神経回路であることが明らかになった。

2.学会発表1.

D.考察

Cellular Networks in the Suprachiasmatic

体内時計が睡眠覚醒を調節することは、広く知Nucleus. Society for Research on Biological

られていたが、実際に体内時計のリズムを睡眠覚
醒調節に反映させる神経回路の実体については良く分かっていなかった。今回の研究によって、体内時計の中枢である SCN の GABA 作動性神経が、PVN に密に投射していること、PVN の CRF 神経が視床下部外側野のオレキシン神経に投射して、活- 141 -

Ono D. Postnatal Development of the

Rhythms 2020, 2020.6. (virtual meeting)2.

Ono D, Mukai Y, Hung CJ, Chowdhury S,
Sugiyama T, Yamanaka A. The
suprachiasmatic nucleus regulates
wakefulness via CRF neurons in theparaventricular nucleus of the hypothalamus.

第 27 回日本時間生物学会学術大会,
2020.9. (オンライン開催)
3.

Mukai Y, Nagayama A, Itoi K, Yamanaka A.
Identification of factors regulating activityof corticotropin-releasing factor-producing
neurons in the paraventricular nucleus of the
hypothalamus. SfN Global Connectome,
2021.1. virtual meeting.

4.

向井康敬, Michael Lazarus, 永井健治, 田
中謙二, 山中章弘. プロスタグランジン
E2 は青斑核ノルアドレナリン神経のカルシウム濃度を長期的に低下させる.第43 回日本神経科学大会, 2020.7. オンラ
イン開催

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得
該当なし
2.実用新案登録
該当なし
3.その他
該当なし

- 142 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

精神疾患死後脳の分子プロファイル解析
國井 泰人 1）2)
柿田 明美3）、矢部 博興2）、日野 瑞城2）、長岡 敦子2）、泉岩本 和也4）、吉川 武男5）、廣川 信隆6）、星野 幹雄7）
研究代表者

研究分担者

竜太2）

1）東北大学災害科学国際研究所 2）福島県立医科大学 3）新潟大学脳研究所
4）熊本大学 5）理化学研究所 6）東京大学 7）国立精神神経医療研究センター
研究要旨
本研究の目的は、統合失調症をはじめとする精神疾患脳病態における神経伝達システム関連分子や細胞内代謝・ダイナミクス制御関連分子の異常について死後脳を用いて明らかにすることである。本
研究では、統合失調症をはじめとする精神疾患発症のメカニズム解明を目的として患者死後脳内分子の分子プロファイル解析を行う。すなわち、これまで代表者らが統合失調症死後脳組織を用いて分析を進めてきたドパミン系・グルタミン酸・GABA系の分子や細胞内代謝・ダイナミクス制御関連分子について、それらの死後脳における分子プロファイル（遺伝子発現やタンパク発現及びエピジェネティ
クスパターン）をエンドフェノタイプとして、各々の遺伝子多型と関連を解析するというアプローチ（ジェネティックニューロパソロジー）を通して精神疾患病態の鍵となる分子や治療標的分子を同定する。

ついて、脳内の複数の部位を用いて ELISA、ルミ

A.研究目的
本研究では、統合失調症をはじめとする精神疾

ネックス法によるタンパク発現解析、in situ

患病態メカニズムの解明を目的として、神経伝達hybridysation による遺伝子発現解析、DNA メチ

システム関連分子や細胞内代謝・ダイナミクス制ル化解析を行う。更に各々の分子について遺伝子

御関連分子に関して、その遺伝子多型（SNPs）と多型解析を行い、死後脳分子プロファイル（タン分子プロファイル（タンパク発現、遺伝子発現、

パク発現、遺伝子発現、DNA メチル化）との関連

DNA メチル化）との関連を解析する。更に得られを解析する。

た統合失調症死後脳からのデータについては、病

統合失調症群に関しては、当バンク特有の詳細

型・罹病期間・抗精神病薬の服薬量・死後時間、な臨床情報（罹病期間、抗精神病服薬量、生活歴・症状スコアなどの臨床プロファイルを利用して既往歴・手術歴・鎮痛薬を含む全服薬歴、生前の各分子との関係を検討する。

臨床症状スコア等）を駆使して関連を検討する。
なおこの研究は各施設の倫理委員会の承認を得

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
福島精神疾患死後脳バンクにおいて凍結保存ており、ヘルシンキ宣言に基づいた倫理的原則にされた死後脳及び新潟大学脳研究所保管の年齢、則って実施され、発表にあたっては死後脳提供遺性別、死後時間等をマッチさせた非精神神経疾患

族から十分なインフォームド・コンセントを得て、対照例を測定対象として、神経伝達システム関連

プライバシーに関する守秘義務を遵守し、匿名性

分子や細胞内代謝・ダイナミクス制御関連分子にの保持に十分な配慮をした。

- 143 -

C.研究結果を行い、統合失調症群を高炎症/低炎症のBiotype

福島精神疾患死後脳バンク及び新潟大学脳研に分類した。またELISA 法により前頭前野、上側究所で集積された死後脳の前頭前皮質、上側頭回、頭回におけるC4 タンパク質発現量をELSA で測

尾状核凍結試料を用いて、ELISA 法によるタンパ
ク発現解析、RNA-seq データによる遺伝子発現解析、DNA メチル化解析を通して、以下のプロファ
イル解析を行った。

定したところ、C4 のタンパク質発現は高炎症
Biotype で高く、特にBA10 では、有意な差を認めた。補体成分であるC4 は、全身炎症疾患にお

1) mTOR シグナルカスケード分子の解析

いてはサイトカインと同様に代表的な炎症マー

死後脳前頭前皮質、上側頭回を用いて、mTOR シグ

カーとして知られるとともに、脳神経発達段階にナルカスケードの下流分子のうち S6K 及び、IPA

おけるシナプスの刈り込みへの関与が知られてを用いて解析した CRMP2 の発現を調整する分子におり、神経炎症が統合失調症の発症へ至る神経生

ついてのタンパク発現解析を行い、mTOR 系分子群

理学的メカニズムに、C4 による神経の過剰な刈と CRMP2 及び DSCAML1 との相関を解析した。現在までのところ、mTOR 系分子群間の発現量及びCRMP2 の発現量と pS6K、pS6 の発現とに有意な相関を認め、また、mTOR と DSCAML1 の発現量については統合失調症において DSCAML1 と mTOR の相互作用が破綻していることが示唆される結果を得り込みが関与している可能性が示唆された（論文投稿準備中）。
D.考察
E.結論
統合失調症脳病態に関わるドパミン系・グルタミている（投稿準備中）。

ン酸・GABA 系の分子と細胞内代謝・ダイナミクス

2) Pro to Glu 経路の分子プロファイル解析

制御関連分子のプロファイルやそれぞれの関連

死後脳前頭前皮質、上側頭回を用いて、プロリンが明らかになりつつある。今後も、準備できた統をグルタミン酸へ代謝するプロリン代謝経路に合失調症銀 24 例、双極性障害 8 例、健常群 36 例

含まれるProline oxidase（PRODH）とProlidaseの死後脳サンプルセットを用いて、神経伝達シス（PEPD）のタンパク質発現量をELISA法で測定しテム関連分子、細胞内代謝・ダイナミクス制御関比較した。その結果、STGにおけるPRODH発現量が連分子についての解析を引き続き進めていく。

統合失調症において有意に低く、PFCにおけるPRODH、PFCとSTGにおけるPEPDに有意な変化はな
いことがわかった。
3)死後脳試料を利用した脳ゲノム情報解析

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Komatsu H, Takeuchi H, Kikuchi Y, Ono
C, Yu Z, Iizuka K, Takano Y, Kakuto Y,

死後脳後頭葉試料90例(統合失調症・双極性障害・健常者・その他)に対して、網羅的SNP解析を完了し、前頭葉39例に対してRNA-seqを用いたト
ランスクリプトーム解析を完了した。また、統合失調症25例を含む40例の前頭葉試料についてメ
チル化アレイ解析に着手した。上記解析に加えて、双極性障害10例、統合失調症14例の脳由来ゲノムについてCNV解析を行った。

Funakoshi S, Ono T, Ito J, Kunii Y,
Hino M, Nagaoka A, Iwasaki Y, Yamamori
H, Yasuda Y, Fujimoto M, Azechi H, Kudo
N, Hashimoto R, Yabe H, Yoshida M,
Saito Y, Kakita A, Fuse N, Kawashima
R,

Taki

Y,

H.Ethnicity-Dependent

TomitaEffectsof

Schizophrenia Risk Variants of the4)炎症関連分子による統合失調症病態の層別化

OLIG2 Gene on OLIG2 Transcription and

神経炎症仮説に着目して、前頭前皮質のRNAseq

White Matter Integrity. Schizophr

解析で得られたデータからサイトカインを主とする炎症関連分子8 つのmRNA 発現データを抽出し、その発現パターンに基づいてクラスター解析- 144 -

Bull. 2020; 46(6):1619-1628.
2. 國井泰人.統合失調症死後脳におけるPro to Glu 経 路 の 分 子 プ ロ フ ァ イ ル
解.MedicalScience

Digest46(6):362-365,2020.

3. 久保健一郎,吉永怜史,長岡敦子,日野瑞城,國井泰人,矢部博興：シンポジウム 4
ブレインバンク/死後脳研究. 死後脳の3. 國井泰人「統合失調症死後脳における分組織学的解析による精神神経疾患の病

子プロファイル解析- Pro to Glu 経路

的メカニズムの理解. 第 42 回 日本生物に 着目し て」地 域ケ アリング

学的精神医学会(NPBPPP 合同年会 2020),

22(10):48-51,2020.

仙台(web),2020/8/21-23.

4. 矢部博興、刑部有佑、落合晴香、和田知4. 泉竜太,宍戸理紗,日野瑞城,長岡敦子,

紘、森湧平、佐藤彩、錫谷研、羽金裕也、

國井泰人,矢部博興；死後脳を用いた統

平山緑香、高橋雄一、菅野和子、星野大、

合 失 調 症日野瑞城、戸田亘、堀越翔、志賀哲也、

biotype における補体 C4 の関与について

國井泰人、三浦至【精神科における脳回の検討. 第 42 回 日本生物学的精神医学

路研究の最前線】統合失調症におけるミ会 (NPBPPP

スマッチ陰性電位(MMN)発生異常.日本

2020/8/21-23 仙台（web）.

生

物

学

的

精

神

医

学

会

Elevated

inflammatory

合 同 年 会2020),

5. 井出征行,大西哲生,豊島学,岩山佳美,
大羽尚子,渡邉明子,加藤忠史,糸川昌成,

誌 31(3) :127-133, 2020.
5. Sugimoto K, Ichikawa-Tomikawa N,

森川桃,廣川信隆,國井泰人,矢部博興,

Nishiura K, Kunii Y, Sano Y, Shimizu

岩本和也,Dean Brian,内田和彦,木村英F, Kakita A, Kanda T, Imura T, Chiba雄,吉川武男；近交系マウスを用いたバ

H.Serotonin/5-HT1A Signaling in the

イオマーカーの探求から発見された統

Neurovascular Unit Regulates

合失調症における硫化水素産生過剰.

Endothelial CLDN5 Expression.Int J

第 42 回 日 本 生 物 学 的 精 神 医 学 会

Mol Sci. 2020 Dec 29;22(1):E254.

(NPBPPP 合同年会 2020), 2020/8/21-23

2.学会発表仙台（web）.

1. 國井泰人,長岡敦子,日野瑞城,泉竜太,

6. 國井泰人, 長岡敦子, 泉竜太, 日野瑞

宍戸理紗,矢部博興: シンポジウム 4 ブ

城, 矢部博興：シンポジウム 63 精神科

レインバンク/死後脳研究.精神疾患ブブレインバンク各拠点からの成果と今レインバンクと死後脳研究の現在. 第後の臨床への展望―精神科ブレインバ

42 回 日本生物学的精神医学会(NPBPPP

ンクへの期待合患ブレインバンクの成果と今後の展望.

同

年

会

2020),

仙台(web),2020/8/21-23.

その 4 ―. 福島精神疾第 116 回日本精神神経学会学術総会. 仙2. 長岡敦子,國井泰人,日野瑞城,泉竜太,
宍戸理紗,齊ノ内信,那波宏之,柿田明美,

台(web),2020/9/29.
7. 國井泰人,松本純弥,泉竜太,長岡敦子,

矢部博興：シンポジウム 4 ブレインバン

日野瑞城,赤津裕康,橋詰良夫,齊ノ内信,

ク/死後脳研究.統合失調症死後脳にお柿田明美,矢部博興：一般演題（ポスタ

けるタンパク定量解析‐ALDH4A1 とそのー）. 統合失調症脳病態における脂質シ発現に影響する遺伝子多型. 第 42 回 日

グナル伝達の意義-死後脳研究.第 116 回

本生物学的精神医学会(NPBPPP 合同年会

日本精神神経学会学術総会. 仙台2020),仙台(web),2020/8/21-23.

(web),2020/9/28-30.

- 145 -

8. 國井泰人,日野瑞城,近藤豪,和田明,松本純弥,丹羽真一,菊地哲郎,佐藤慎二,
橋本徹哉,瀬藤光利,矢部博興：一般演題（ポスター）.新規クロザピン結合タン
パク質の探索 ―α/β チューブリンに対する相互作用.第 116 回日本精神神経学会学術総会. 仙台(web),2020/9/28-30.
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得「KIF3 モーターに基づく精神疾患の治療又は予防、及び薬物スクリーニング」
出願番号：PCT/JP2020/42733
出願日：2020 年 11 月 17 日
2.実用新案登録
なし。
3.その他
なし。

- 146 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

遺伝子改変マウスを用いた大脳基底核疾患の病態生理の解析研究代表者 知見 聡美 1)
研究分担者 南部 篤 1)，笹岡 俊邦 2)1）生理学研究所 生体システム 2）新潟大学脳研究所 動物資源開発研究分野
研究要旨
パーキンソン病は、大脳基底核内のドーパミン作動性神経が変性、脱落することによって、無動、固縮、振戦などの重篤な運動障害を生じる疾患であり、有病率は 10 万人あたり 100 人程度と高く、病態解明が急がれている。本研究では、D1 受容体と D2 受容体を介するドーパミン神経伝達の消失がそれぞれ、パーキンソン病症状の発現にどのように寄与するのかを調べることにより、病態解明と効果的な治療法の開発を目指す。2020 年度は D2 受容体ノックダウンマウスの作製を進めたが、作製を待つ間、D2 受容体ノックアウトマウスの神経活動の記録・解析を行い、6-OHDA を用いて作製したパーキンソン病モデルマウスとの比較を行った。その結果、パーキンソン病モデルの淡蒼球外節ニューロンで観察される自発発火と大脳皮質の電気刺激に対する応答様式の異常は、主に D2 受容体を介する情報伝達の消失に起因することが示唆された。
つ間、比較のために D2 受容体ノックアウトマウ

A.研究目的
パーキンソン病 (PD) は、大脳基底核内のドースの神経活動の記録・解析を進めた。麻酔下におパミン作動性神経が変性、脱落することによって、いて手術を行い、頭部固定器具をマウスの頭蓋骨

無動、固縮、振戦などの重篤な運動障害を生じるに装着しておく。また、大脳皮質運動野の上肢お疾患である。有病率は１０万人あたり１００人程

よび口腔顔面領域を同定して刺激電極を埋め込度と高いが、その病態生理については、まだ不明

み留置する。マウス頭部を固定器具により無痛的な部分が多い。本研究では、D1 受容体（D1R）おにステレオ装置に固定し、大脳基底核ニューロン

よび D2 受容体（D2R）を介したドーパミン神経伝の活動を覚醒下で記録した。ドーパミン作動性ニ達が、それぞれ大脳基底核内情報伝達と運動制御

ューロンの主な投射先は、大脳基底核の入力部でにおいて果たす機能を解析することにより、PD のある線条体であり、線条体の直接路ニューロンは病態解明とより効果的な治療法の開発を目指す。

D1 受容体を、間接路ニューロンは D2 受容体を発現しているので、間接路ニューロンの投射先である淡蒼球外節 (GPe) および直接路ニューロンのB.研究方法（倫理面への配慮を含む）
本研究では主に、新潟大学脳研究所の笹岡俊邦

投射先である淡蒼球内節 (GPi) の神経活動を記教授らのグループが作製した、あるいは、現在作録した。大脳皮質の電気刺激に対する応答様式を製を進めている２種類のコンディショナルノッ

調べ、野生型マウス、および、6-OHDA を脳内にクダウンマウス (1) D1R ノックダウンマウス

投与することによって作製した PD モデルマウス（D2R) の発現は正常で D1R の発現が on/off 可と比較した。

能）、(2) D2R ノックダウンマウス（D1R の発現は動物飼育中には注意深く様子を観察し、健康状態を正常で D2R の発現が on/off 可能）を用いるが、維持するように努め、動物が苦痛を感じる状態が長期

2020 年度は D2R ノックダウンマウスの作製を待に亘り、回復が困難な場合には、ただちに安楽死の処- 147 -

置をとるようにした。

後の実験により明らかにする必要がある。

C.研究結果E.結論

野生型マウスの GPe および GPi ニューロンはど

PD モデルの GPe ニューロンで観察される大

ちらも、大脳皮質の電気刺激に対して「早い興奮

脳皮質の電気刺激に対する応答様式の異常は、主－早い抑制－遅い興奮」という３相性の応答を示に D2R を介する情報伝達の消失に起因することす。D2R ノックアウトマウスの GPe ニューロンでが示唆された。また、PD モデルの GPi で観察さは、３相性応答のうち早い抑制とそれに続く遅いれる大脳皮質由来の遅い抑制は、GPe における増興奮が有意に増強されていた。この応答様式は、強された遅い興奮によって引き起こされている

PD モデルマウスの GPe ニューロンとよく似てい可能性が示唆された。

ることがわかった。一方、D2R ノックアウトマウ
スの GPi ニューロンでは、３相性応答に続く遅い抑制が観察された。一方、PD モデルマウスの GPi

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表ニューロンでは早い抑制が消失し、２相性の興奮
2.学会発表に遅い抑制が続くという応答様式が観察された。
大脳皮質由来の遅い抑制が D2R ノックアウトマウ

笹岡 俊邦、齊藤 奈英、知見 聡美、阿部 学、川スと PD モデルマウスの両者で共通していること

村 名子、鍋島 曜子、鍋島 陽一、田井中 一貴、わかった。

崎村 建司、南部 篤 (2020. 9. 10-12) D2 受容体発現細胞における NMDA 受容体のマグネシウムブ

D.考察

ロックの減少により引き起こされる運動制御と線条体の間接路ニューロンは D2R を発現しており、GPe に投射することが知られている。D2R
ノックアウトマウスの GPe ニューロンにおいて、早い抑制と遅い興奮の増強が観察されたが、早い抑制は大脳皮質－線条体－GPe 路を、遅い興奮は学習および記憶の変化の分析。第 63 回神経化学会大会（Web 開催）
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

大脳皮質－線条体－GPe－視床下核－GPe 路を介して伝達されることが知られている。このことから D2R ノックアウトマウスでは、線条体の間接路
ニューロンから GPe への情報伝達が増強されていることが示唆される。また、D2R ノックアウト
マウスと PD モデルマウスの GPe ニューロンがよく似た応答様式を示したことから、PD で観察される GPe の異常な応答様式は、D2 受容体を介する情報伝達が消失したことに起因すると考えられる。
一方、D2R ノックアウトマウスと PD モデルマ
ウスの GPi ニューロンでは、皮質由来の遅い抑制が共通して観察された。GPi は GPe より直接の抑制性入力を受けていることが知られている。これらのマウスの GPe では皮質由来の遅い興奮が増強していたことより、増強された遅い興奮が
GPi を強く抑制したことにより、遅い抑制が観察されたと考えられる。PD の症状発現に GPi の遅い抑制がどのように寄与するのかについては、今- 148 -

1.特許取得なし
2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

歯状回顆粒細胞の興奮性に対するdiacylglycerol lipase α の役割の解明
菅谷 佑樹 1）
狩野 方伸 1）

研究代表者
研究分担者

阿部 学 2）

1）東京大学大学院医学系研究科 2）新潟大学脳研究所
研究要旨
内因性カンナビノイドは生体において合成される脂質メディエーターであり主に中枢神経系においてシナプス伝達の制御に重要な役割を担っていると考えられている。本研究では内因性カンナビノイド
2-arachidonoyl glycerol (2-AG)の産生酵素 diacylglycerol lipase α (DGLα)の歯状回顆粒細胞特異的なコン
ディショナルノックアウトマウスを作出し、顆粒細胞由来の内因性カンナビノイドシグナルが顆粒細胞の分裂・発達や回路の興奮性、記憶・学習に対して果たしている役割を電気生理学的・組織学的・行動学的に明らかにすることを目的とした。令和 2 年度は引き続きコンディショナルノックアウトマ
ウスを作出し、歯状回顆粒細胞の発達および興奮性の制御に対する顆粒細胞由来の 2-AG の役割を検討した。

A.研究目的Nestin-CreERT2: DGLα fl/fl を作出した。

内因性カンナビノイドは生体において合成さこれらの動物を用いて、歯状回顆粒細胞で産生れる脂質メディエーターであり、中枢神経系におされる内因性カンナビノイドが記憶・学習時に果いてはシナプス前終末に発現する CB1 受容体を介たしている役割を明らかにするために、記憶・学

してシナプス伝達の制御に重要な役割を担って習と情動に関する行動学的解析を行った。

いると考えられている。本研究は内因性カンナビ

具体的には、オープンフィールド試験で自発行

ノイド 2-AG の産生酵素である DGLα の歯状回顆

動量および馴化行動の変化を検討し、文脈および

粒細胞特異的ノックアウトマウスを作出し、電気

音依存性恐怖条件付け試験において学習や記憶

生理学的、組織学的、行動学的解析を行い、成体の想起の変化を検討し、明暗箱試験において不安海馬神経新生における顆粒細胞の発達や回路の行動の変化を検討した。

興奮性、海馬歯状回依存性の記憶・学習におけるさらに、これらのマウスと、Cre 依存的にカル

2-AG の役割を明らかにすることを目的とする。

シウムセンサーの GCaMP を発現するマウスを交配することで、DGLα が欠損した細胞の活動をB.研究方法（倫理面への配慮を含む）

カルシウムイメージングによって測定すること

歯状回の幼若顆粒細胞に Cre recombinase を発ができるマウスを作出した。

現する POMC-Cre マウスや歯状回の神経幹細胞にCre を発現する Nestin-CreERT2 マウスと、新潟大すべての動物実験は、東京大学における動物実
験等に関する倫理規程に従って行った。

学において作出した DGLα flox マウスを交配することにより、歯状回の顆粒細胞特異的に DGLα
を 欠 損 し た

POMC-Cre:DGLαfl/fl

C.研究結果と- 149 -

歯状回顆粒細胞で内因性カンナビノイド 2-AG

の 産 生 酵 素 で あ る DGLα が 欠 損 し た
Nestin-CreERT2:

DGLα

fl/fl

マ ウ ス や

POMC-Cre:DGLα fl/fl マウスでは、対照群と比較して記憶課題の一部において変化が認められた。
これらのマウスの歯状回顆粒細胞においては
DGLα の欠損により内因性カンナビノイド 2-AGが産生されず、内因性カンナビノイドによるシナプス伝達抑制が欠如していると考えられる。そこでこれらの細胞の活動の変化を明らかにするために顆粒細胞にカルシウムセンサーGCaMP を発現させ、記録に成功した。
D.考察
本年度の研究の結果から、成体の歯状回顆粒細胞 にお いて産 生さ れる内 因性 カンナ ビノ イド
2-AG は学習・記憶の過程において重要な役割を果たしており、欠如すると正常な記憶の過程の一部が障害されることが明らかとなった。令和 3 年
度以降は内因性カンナビノイドによるシナプス伝達の制御が記憶課題中の細胞活動をどのように変化させているのかを明らかにするために、これらのマウスの行動課題中の海馬歯状回のカル
シウムイメージングを継続する。
E.結論
歯状回顆粒細胞で産生される内因性カンナビ
ノイド 2-AG は記憶の過程の一部に重要な役割を果たしている。

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なし
2.学会発表なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
なし- 150 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

タウ凝集体の伝播におけるミクログリアの役割
研究代表者 松本 信英 1）
研究分担者 柿田 明美 2）1)鹿児島大学大学院医歯学総合研究科感染防御学講座免疫学分野
2）新潟大学脳研究所
研究要旨
アルツハイマー病（AD）をはじめとするタウオパチーでは、タウタンパク質の凝集・伝播が病態に寄与する可能性が指摘されており、ミクログリア（MG）の関与も注目されている。また、タウの C 末
端断片（CTF）は微小管結合ドメインを含んでおり、全長タウと比較して凝集性が高いことが報告されている。本研究では、ヒト AD 脳の不溶性画分の質量分析による解析を行った結果、236aa〜243aa を N
末断端とする CTF が含まれており、タウオパチーモデルマウス Tg601 の脳で見出された CTF （243aa441aa）と非常によく似ていることがわかった。また、タウオパチーモデルマウスを用いた in vivo 伝播
モデルを構築するために、TREM2 R47H 点変異マウスおよび Tau-CTF トランスジェニックマウスの作出を試みた。今後はこれらのモデルを用いてより詳細な伝播メカニズムの解明・および伝播におけるMG の役割を明らかにしたい。

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

A.研究目的タウオパチーにおける病変拡大のメカニズムと1.

新潟大学脳研究所より分与いただいたヒト

してタウ凝集体の細胞間伝播が注目されている。

AD 凍結脳のホモジネートからサルコシル不TREM2 は MG 表面に発現している自然免疫受容体で溶性画分を調製し、SDS-PAGE 電気泳動によあり貪食と炎症抑制に関与する。TREM2 R47H バり分離した。タウの C 末端（404-441）を認

リアントは AD だけでなくパーキンソン病や ALS

識する抗体 T46 を用いたウエスタンブロッなど他の神経変性疾患のリスクも上昇させるとのティングにより Tau-CTF に相当するバンド報告があり、異常蛋白の蓄積・伝播に関与していのサイズを推定しゲルから切り出し、トリる可能性が高い。以上のことから、MG および

プシン、キモトリプシン、V8、Glu-C、Asp-

TREM2 はタウの伝播・蓄積にも密接に関わると考N、によるゲル内消化を行い質量分析によるえられるが、伝播メカニズムにおける役割は明ら

ペプチド断片の同定を行った。

かではない。そこで本研究では、「MG が TREM2 を介して異常蛋白凝集体の伝播と蓄積にどのように2.

タウ伝播における TREM2 や MG の役割を解析

関与するのか」を解明することを目的として研究するため、ゲノム編集を用いて TREM2 の機を行った。

能喪失型変異である TREM2 R47H 点変異マウスの作出を行った。

- 151 -

3.

従来のタウオパチーモデルマウスよりもタ

長タウの cDNA が CTF の cDNA に置換されてウ伝播が促進されるマウスの作出を目的といることを確認した。ウエスタンブロッテ

して、野生型ヒトタウ過剰発現モデルマウ

ィングによる確認の結果、可溶性画分にはスである Tg601 をベースとしてゲノム編集

Tau-CTF に相当するバンドが検出されなかによるトランスジーンの改変を行うことにったが、不溶性画分におけるタウの増加がより、Tau-CTF を過剰発現する Tau-CTF Tg

認められた。

マウスの作出を行った。
D.考察
C.研究結果1.

1. AD を含むタウオパチーでは、サルコシル不AD 患者由来の側頭葉新皮質からサルコシル

溶性のタウ CTF が検出されており、これら不溶性画分を調製し SDS-PAGE 電気泳動を行の CTF は自己凝集に必要である微小管重合

い、ウエスタンブロッティングおよび CBB 染

ドメインを含むことから、凝集性・伝播能色を行った。タウの C 末端断片に相当するとの亢進を通じてタウオパチー病態を促進す

推測される分子量約 21,25,35kDa のバンドる可能性が考えられる。本研究では、有用を切り出してゲル内消化を行い質量分析にな培養細胞モデルおよび動物モデルを構築供した結果、タウ由来のペプチドが検出さすることを目的として、質量分析により実れた。今回の解析により検出されたペプチ

際のヒト AD 脳に含まれるタウ C 末端断片のドは主に 236aa〜243aa を断端とする CTF を同定を試みた結果、主に 236aa-243aa を N構成する配列であったことから、ヒト AD 脳

末断端とする Tau-CTF 由来のペプチドが検においても微小管結合ドメインを中心とす出された。この配列は Tg601 マウスで見出る CTF が含まれていることがわかった。

された Tau-CTF（243aa-441aa）と非常によく似ており凝集体形成に重要な微小管重合

2.

マウス TREM2 ゲノムの Exon2 を標的とした領域を含む。以上の結果から、ヒト AD におガイド RNA を作製し、Cas9 蛋白および R47H

けるタウの凝集・伝播においても Tau-CTF

変異をコードする配列を含むドナーDNA とが重要な役割を果たしている可能性が示唆

共にマウス受精卵にマイクロインジェクシ

された。

ョンした結果、24 匹の産仔を得た。ダイレ
クトシークエンスの結果そのうち 11 匹に

2. タウの伝播における TREM2 の役割を検討す

目的の変異導入を確認し、さらにそのうちるために、TREM2 R47H 変異ノックインマウ

4 系統において次世代にも R47H 変異が導入

スを作出した。今後は、リコンビナントタ

されていることを確認した。さらにチオグウの凝集体や、ヒト AD 脳の不溶性画分を本

リコレート誘導腹腔滲出マクロファージにマウスの脳内に投与して伝播モデルを作製

おける TREM2 の発現が野生型マウスとほぼし、TREM2 の機能喪失がタウの伝播にどの同等であることをフローサイトメトリーおような影響を与えるか検討する予定である。

よびウエスタンブロッティングにより確認した。

3. タウの凝集・伝播が促進されるモデルマウ
スの確立を目的として、Tau-CTF Tg マウス

3.

Tg601 マウスのトランスジーン上にあるヒを作出し、脳の不溶性画分においてタウがトタウ cDNA を標的としたガイド RNA を作増加していることを確認した。今後本マウ

製し、 Cas9 蛋白およびトランスジーン上スを用いてタウ伝播モデルを作製し、有用の全長タウを CTF と置換した配列を含むド性を確認する予定である。

ナーDNA と共に Tg601 マウス受精卵にマイクロインジェクションした結果、4 匹の産E.結論仔を得た。そのうち 1 匹については次世

1. ヒト AD 脳に含まれる Tau-CTF も、タウオ

代にわたっても目的の改変が導入され、全パチーモデルマウス Tg601 で見出された微- 152 -

小管重合領域を含む Tau-CTF とほぼ同様の配列であることを確認した。今回作出した
Tau-CTF 過剰発現マウスは、有用なタウオ
パチーモデルマウスとなり得る。
2. TREM2 R47H ノックインマウスは AD の病態における TREM2 や MG の役割を検討するために有用である。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なし
2.学会発表なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得なし
2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

- 153 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理標本資源活用の先端的共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

遺伝子改変技術による生体リズム中枢の分子機構の解析

研究分担者

研究代表者 岡村 均 1）
﨑村 健司 2）、阿部 学 2）
、笹岡 俊邦 2）

1）京都大学大学院医学研究科・高次脳科学講座神経生物学分野
2）新潟大学脳研究所・生命科学リソース研究センター

研究要旨
自然界においては、夜明け、日没に伴う明暗の変化は、きわめて正確に 24 時間周期でやってくる。体内における時間装置である生体リズムシステムは，この外界の時間変化を予知し、摂食など生存のための行為の有効性を高めている。しかし，様々な時間帯を飛び越える海外旅行時には，急な明暗リズ
ムの位相変位に，生体リズムシステムは同調できず時差が生じる．この分子機構として、我々は視交叉上核（suprachiasmatic nucleus: SCN）バソプレッシン系が主要な役割を果たすことを明らかにしてきた。今回，時差の神経生理機構とそれを裏打ちする分子機構を解明するため、視床下部バソプレ
ッシンニューロン系の遺伝子改変マウスにさまざまな時差負荷を行い、その変動を探求した。驚くべ
きことに，時差時，体内時計の中枢である視交叉上核（SCN）の時計が止まり、これが回復するとともに時差が解消され、この現象にバソプレッシンおよびその受容体が関与することが明らかとなった。
A.研究目的

すなわち、TTX 投与時、SCN 時計が、末梢臓器のSCN は約 1 万個のニューロンからなる神経細胞

時計と同じようになるのである。これは, SCN 細集団である。SCN の時計は、他の臓器の時計と何胞のリズム発振が、細胞内の TTFL リズムだけでが違うのであろうか？通常の臓器の時計は、身体は十分でなく、細胞間の連絡を使って他の時計細から取り出すと 2－3 日すればリズムが消失する

胞のリズムと共鳴しあうことで、強大なリズムをが、SCN の時計は体外に取り出しても数カ月は、発振していることを示している。

生体内でのリズム位相を保ってリズムを打ち続この SCN が発する強力で安定したリズムは、脳ける。すなわち、SCN の時計のみが、真の自律的幹の神経核群を経て、全身組織に張り巡らされたな時計と言える。

自律神経系に出力されて、副腎からのコルチゾー

その差は何であろうか？両者とも、時計遺伝子が形成する時間発振の転写翻訳フィードバック

ルを放出させ、これが全身の細胞に至り、全身の細胞の時間を同期させるのである。

ル ー プ （ transcription translation feedback「時差ボケ」は、体内時計の示す時刻が、個体

loop: TTFL）装置は同じである。違いは、脳からの生息する環境の時刻がずれている時に起こる取り出し、強い 24 時間リズムを刻んでいる SCN

現象で、ジェット機による海外への東西方向の移スライスに、電位依存性ナトリウムチャネル阻害動のとき起こる現象であるので jetlag とも呼ぶ剤であるテトロドトキシン(TTX)を投与すれば、が、夜勤など活動時刻を人為的に変える時にも起直ぐに判明する。TTX にてニューロンの活動電位こる。

を止た直後、各細胞の時計遺伝子のリズムは、突

この時差ボケがおこるのは、この SCN の強力な然乱れ始め、リズムは減弱し、ついには消失する。

自律能と大いに関連がある。SCN に特異的にある- 154 -

物質に鍵があるに違いないと考え、バソプレッシ

D.考察

ンとバソプレッシン受容体、VIP とその受容体と、時差との関係を検索した。

深夜労働は先進国で大きな問題となっており、その解決は重要な社会医学的事項である。また、先進国においては勤労年齢が急速に高齢化してB.研究方法（倫理面への配慮を含む）

おり、健康弱者である老齢者がシフトワークに携

野生型マウスを明暗周期を日本から米国ロサわる問題も現実のものとなっている。我々は、老ンゼルスへの移動を模倣し 8 時間前進させたり、齢マウスのバソプレッシン神経伝達を受容体ア

日本から欧州への時間を模倣し、8 時間後退させンタゴニストで阻害すると慢性時差による死亡たりした後、行動周期を測定し、新明暗周期への率が改善するかどうかを調べた結果、バソプレッ

同調まで数日かかる時間がかかることを確認し

シン神経伝達を阻害すると、慢性時差環境下でもた。これで、マウスでも時差が起こることをまず個体自身の生体リズムと環境リズムが乖離せず、確認した。

健康障害を起こさず、老齢でも生存率を改善させ時差ののち、各種時計遺伝子、および最早期遺ることができた。このことは、全身の代謝やリズ伝子の発現変動を 4 時間ごとにモニターした。さム同調能力も落ちている老齢者での、バソプレッ

らに、各種バソプレッシンおよびその受容体改変

シン神経回路ネットワークの理解が欠かせない

マウス、VIP 受容体改変マウスを用いて、行動リことを示している。

ズム、時計遺伝子変動、最早期遺伝子変動を検索
した。

E.結論

本研究で行う行動実験は全て、京都大学実験動現在まとめている研究成果は、10 年以上にわた物委員会の承認を得ている。また、研究機関等にる新潟大学脳研究所と取り組んでいる、バソプレおける動物実験の実施に関する基本指針を順守

ッシンニューロン系遺伝子改変マウスが概日リして遂行した。

ズム発振系へのプロジェクトの先見性と有効性を示すものと考えられる。

C.研究結果
時差時の SCN および、non-SCN 脳内領域、肝臓、腎臓の、時計遺伝子の発現リズムを測定した結果、
驚くべきことに、マウスの SCN の体内時計のみ、
時差後すぐに消失し、3 日目から回復し始め、8

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なし
2.学会発表～9 日目にもとのリズムが復活することが判明し

岡村 均： 哺乳類の睡眠覚醒リズムの分子機構、た。Non-SCN 脳内領域や、肝臓・腎臓の時計は、

第５２回藤田学園医学会・特別講演 2020 年 10

時差時も強いリズムを刻んだままである。

月 2 日、藤田学園大学フジタホール 2000（愛遺伝子改変したバソプレッシンおよび各種受

知県豊明市）．

容体の欠損マウスは、新たな明暗周期に同調する傾向が強く、即座に同調するものもあった。SCN

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）の時差による時計遺伝子のリズムは、同町のしや

1.特許取得すさの程度に応じて、変動していた。VIP 受容体

該当なしの改変マウスでは、環境明暗周期に完全に同調し2.実用新案登録

ていた。

該当なし

さらに、野生型マウスにバソプレッシン V1aV1b受容体の拮抗剤を投与した後、時差を起こしてみ
ると、時差ボケの日時は劇的に短縮された。以上の結果より、バソプレッシンニューロン系は主要なリズム発振系と考えられる。

- 155 -

3.その他
該当なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

腸内細菌叢および腸管上皮細胞からの DAMPs 制御による
脳虚血病巣進展への影響
研究代表者 西山 康裕 1)
研究分担者 若林あや子 2)、五十嵐 博中 3)1）日本医科大学大学院 脳神経内科学 2）日本医科大学大学院微生物免疫学
3）新潟大学脳研究所
研究要旨
脳卒中は本邦における死因の第３位、介護を要する疾患の第１位であり、社会の高齢化とともに、今後も患者数の増加が懸念されている。脳卒中後の合併症として便秘などの排便困難症が知られている。コントロール群と比べて脳卒中患者は 4-5 倍排便困難症に罹患しやすく、また、約 30−60％と高頻度に起こることが知られているが、このメカニズムの一つとして脳卒中後の腸内細菌叢の変化が関与すると考えられている。昨今動物
実験レベルでは脳梗塞による組織の細胞死に伴って自己由来の炎症が惹起され、マクロファージや好中球を活性化に導く DAMPs の一部である HMGB1 が関与すると言われ、治療標的として注目されている。我々は脳梗塞マウスモデルを用いて HMGB1 と腸内細菌叢、腸管上皮細胞の関係性に注目し、今後も検討を重ねていく予定である。

A.研究目的さくなることがわかっているが、これは抗生剤投

脳梗塞による組織の細胞死に伴って自己由来の与により炎症が制御され、腸管上皮細胞の DAMPs

炎症が惹起されるが、これは病原体によるものでである HMGB1 との関連を明らかにすることが目的はなく、無菌性炎症と呼ばれるものであり、病原である。また、我々はアルミニウム含有食品添加性炎症と同様にミクログリア、好中球、マクロフ

物をマウスに経口投与した場合のアレルギー誘

ァージによる炎症が起こる。脳梗塞後の脳組織破導を検討し、炎症反応の起点としての腸管上皮細壊によりペルオキシレドキシン(PRX)が細胞外に胞死を検討している。

放出され、TLR 依存的にマクロファージや好中球を活性化に導くダメージ関連分子パターン

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）（ damage-associatedpatterns:

マウスから小腸を摘出し、EDTA 処理した組織断片

DAMPs）として働く。DAMPs として働くタンパク質からクリプトを遠心分離、採取する。クリプトには HMGB1 が知られている。脳梗塞においても発症は腸管上皮幹細胞が存在し、試験管内で腸管上皮

２−４時間以内に虚血に陥った脳細胞から HMGB1細胞を再現することが可能である。マ脳虚血モデが細胞外へ放出され、主に脳血液関門の破綻に関ルマウスとコントロールマウスで上皮細胞の損わることが明らかとなっており、我々は HMGB1 に傷、すなわち代表的な DAMPs である HGMB1 の発現注目した。同時に、アルミニウム含有化合物は強をフローサイトメトリーで評価する。またマウス

い免疫賦活作用を有する（Marrack P et al. Natの糞便中の HMGB1 両の測定を行い、脳梗塞前後Rev Immunol 2009）。我々の以前の研究により抗（day 0, day 1）にて比較する。また、１４日間

生物質を投与することにより脳梗塞サイズが小の KCV (Kanamycin-Colistin-Vancomycin)投与を

molecular- 156 -

行うことにより、microbiota 修飾モデルマウスに

内で最も大きなリンパ器官の一つであり、侵入異脳梗塞巣を作成し、脳梗塞体積の縮小効果を検討

物の監視役を演じているものと推察される。腸管した。脳梗塞については、同様に２４時間後、７粘膜には全末梢リンパ球の６割、抗体産生性 B 細

２時間後に解析した。TTC 染色を行い、TTC 染色胞の８割が集結すると言われ、腸管上皮細胞や腸で染色されない梗塞巣を両群間で比較した。この

管 上 皮 細 胞 間 T リ ン パ 球 （ intestinal

とき、皮質領域、基底核領域については各々測定

intraepithelial lymphocytes: IEL）が恒常的あした。また、同時に脳浮腫率も測定した。さらに、

るいは感染などの刺激に反応してサイトカイン

脳虚血前および２４時間後、７２時間後に神経学を発現している。

的スコアを計測し、両群間で比較した。なお、脳これらの粘膜免疫は消化管内だけではなく、全浮腫率は脳浮腫率（％）＝〔虚血半球－対側半球〕

身の免疫システム制御に影響すると注目されて

×１００／対側半球で計算した。また、アルミニ

いる。一旦バランスが乱れた状態になると、全身ウ ム含 有化合 物は 強い免 疫賦 活作用 を有 するの免疫系を過剰に活性化して自己免疫疾患など（Marrack P et al. Nat Rev Immunol 2009）。まの炎症を悪化させることがわかっている。実際にた、我々はマウスにミョウバンまたはアンモニウ

我々は B 細胞を欠損するマウスに腸管上皮細胞のムミョウバンを単独、もしくは卵白アルブミン

再生速度が著しく亢進することを発見した（OVA）と共に経口投与し、腸上皮細胞における(Nishiyama Y et al. J Immunol 2002)が、この死細胞の割合とアポトーシス関連スペック様カ現象は広域スペクトルを持つ抗生物質を経口投ード蛋白質（ASC）スペック形成について、フロ与することにより正常化されることがわかった。

ーサイトメトリーと共焦点レーザー顕微鏡によ

すなわち、腸内細菌叢の変化が恒常性に変化を与り測定した。

えることが明らかとなった。一方、脳梗塞は近年、組織炎症の一つであり、免疫系が大きく関与してC.研究結果いる可能性があるとの報告が相次いでおり、腸内１．平均の飲水量は両群ともに一日 6mL で有意差

細菌叢の変化が脳虚血のシステムに関連するかを認めなかった。

に注目した。抗生物質を２週間経口投与した後に２．抗生物質投与１４日間でマウスの体調に変化

脳虚血モデルを作成し、２４時間後の脳梗塞サイは認めず、死亡例はなかった。

ズおよび神経スコアを検証した結果は、vehicle

３．虚血後２４時間の梗塞サイズにおいて、健常群と抗生物質投与群の間にいずれも有意な差を側比にて皮質、基底核および全脳いずれにおいて認めなかった。しかしながら、７２時間後の評価

も vehicle 群と抗生物質投与群に統計学的有意差

では、抗生物質を投与した群で梗塞サイズ縮小をを認めなかった。脳浮腫率においても、両群間で認めた。これらの研究結果が抗生剤投与により炎有意差を認めなかった。

症が制御され、腸管上皮細胞の DAMPs である HMGB1

４．虚血後 72 時間の梗塞サイズにおいて、健常

減少し、炎症を制御することによる可能性をさら側比にて皮質および全脳において vehicle 群と抗に追求したい。また、炎症誘導を行ったマウスで生物質投与群に統計学的有意差を認めた。脳浮腫

は、腸上皮の AnnexinV+ Zombie+ 死細胞の割合率においては両群間で有意差を認めなかった。今と炎症性細胞死の過程で出現する ASC スペック

後は、抗生物質投与群・非投与群にて脳梗塞前後数が有意に増加した。

でのマウス糞便の固さを定性的に評価し、継時的に比較すると同時に 16S rRNA メタゲノム解析をE.結論行い、細菌叢の変化を調べる。Positive control

虚血後急性期に観察した梗塞サイズにおいては、としてコレラトキシン投与マウスを用いる予定

両群での差が有意とならなかったものの、脳内にである。

侵入した免疫担当細胞がさらに活性化する２４
時間から７２時間で有意な差となって現れた。こD.考察のことから、急性期に侵入する好中球ではなく、食物等を介して多数の異物が侵入する腸管は体その後侵入する単球などの免疫担当細胞が影響- 157 -

している可能性がある。この差を見いだす一因として、腸管上皮細胞の損傷・細胞死を誘導し、上皮細胞質における HBGB1 核蛋白の発現を増加させ、損傷した上皮細胞からの HBGB1 の放出を促すことを検証し、さらに腸上皮細胞を分取して次世代
RNA シークエンシングを行い、炎症性細胞死に関与する遺伝子の発現変動についても解析していく予定である。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1. なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得なし
2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

- 158 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

孤発性 ALS 患者で見出された新規 microRNA の機能解析研究代表者 保住 功 1）
研究分担者 栗田 尚佳 1）、 位田 雅俊 1）、柿田 明美 2）、北浦 弘樹 2）、田中 英智 2）
1）岐阜薬科大学 薬物治療学 2）新潟大学 脳研究所
研究要旨
孤発性 ALS 発症に、後天的な環境因子によるエピジェネティクス変化が関連すると考えられる。これまでに、孤発例の ALS 患者検体において、エピジェネティクス因子の１つであるマイクロ RNA(miRNA)の変動を見出し、ALS 剖検にて顕著な増加が認められた miR-5572 について、ALS モデル細胞で誘導される、細胞内ストレスに対する増悪因子である可能性を見出している。また、miR-5572 の ALSとの関連性、また、亜鉛代謝との関連性を評価するために、解析を進めた。SOD1 変異体を導入した ALS細胞に対して、miR-5572 の inhibitor を共導入したところ、SOD1 細胞内凝集が miR-5572 inhibitorにより抑制されたことも見出し、このことより、miR-5572 が ALS に対する治療標的として、有用である可能性が示した。本年度は、前年度から引き続き亜鉛代謝異常を評価する実験系の確立を試みた。
ヒト神経芽細胞腫 SH-SY5Y を用い、高亜鉛、低亜鉛状態において、細胞内ストレスが惹起され、細胞死が起きない条件を探索した。高亜鉛状態については、ZnSO4 200 µM の 8 時間処置において、小胞体
ストレスマーカーの CHOP 発現が上昇し、BIP 発現については減少した。また、酸化ストレスマーカーの HO-1、GCLM 発現も上昇した。TPEN を用いた低亜鉛状態については、細胞内ストレスが惹起され、細胞死が起きない条件を見出すことができなかった。今後も引き続き、今回の高亜鉛、低亜鉛の条件
ならびに酸化ストレス誘導剤、小胞体ストレス誘導剤による miRNA の変化を検討する必要がある。
A.研究目的である Chlex-100 を用い、胎仔ウシ血清(FBS)中孤発性 ALS 発症に、後天的な環境因子によるエの亜鉛を除去し、亜鉛除去 FBS を作製した。亜鉛

ピジェネティクス変化が関連すると考えられる。

除去 FBS 中の金属量は、FBS を湿式灰化後、原子

これまでに、孤発例の ALS 患者検体において、エ

吸光度計を用いて測定した。

ピジェネティクス因子の１つであるマイクロ RNA

亜鉛除去 FBS を DMEM 培地に加えることで、亜(miRNA)について、miR-5572 を見出し、miR-5572

鉛除去培地を作製した。次に、作製した亜鉛除去について、ALS において変異タンパク凝集体蓄積培地を基に、高亜鉛、および低亜鉛条件による細に伴う、細胞内ストレスに対する増悪因子になる

胞傷害を検討した。ヒト神経芽細胞腫 SH-SY5Y 細可能性を見出した。前年度から引き続き亜鉛代謝

胞を用いて、亜鉛除去培地に、ZnSO4 4 (control)、

異常を評価する実験系の確立を試みた。ヒト神経

100、200 µM を加えて 2～24 時間の間の経時的な芽細胞腫 SH-SY5Y を用い、高亜鉛、低亜鉛状態に細胞毒性を LDH assay で検討した。もしくは、
ZnSO4

おいて、細胞内ストレスが惹起され、細胞死が起4 µM を control とし、細胞内亜鉛キレート剤であきない条件を探索した。

る TPEN 0 および 20 µM を加え、2～12 時間の間の経時的な細胞毒性を LDH assay で検討した。また、B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

細胞内ストレスマーカーの発現量をリアルタイ

亜鉛除去培地を作成するために、キレート樹脂

ム RT-PCR 法で測定した。

- 159 -

C.研究結果
高亜鉛状態については、ZnSO4 200 µM の 10 時
間以降に細胞死が起き (Fig.1～3)、かつ 8 時間
処置において、小胞体ストレスマーカーの CHOP
発現が上昇し、BIP 発現については 8 時間処置において減少した (Fig.4)。また、酸化ストレスマ
ーカーの HO-1、GCLM 発現も上昇した (Fig.5)。
TPEN を用いた低亜鉛状態については、細胞内ストレスが惹起され、細胞死が起きない条件を見出すことができなかった (Fig.6、7)。

- 160 -

2.学会発表なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
なし

D.考察
これまでに、細胞内ストレスに対して ALS 剖検で見出された miR-5572 が毒性の修飾因子である
ことを確認している。したがって、高亜鉛や低亜鉛 条件 下で引 き起 こされ る細 胞内ス トレ スが
miR-5572 を変化させる可能性を予想しているが、さらなる検討が必要である。
E.結論
今後も引き続き、今回の高亜鉛、低亜鉛の条件
ならびに酸化ストレス誘導剤、小胞体ストレス誘導剤による miRNA の変化を検討する必要がある。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Kurita H, Yabe S, Ueda T, Inden M, Kakita A,
HozumiI.

MicroRNA-5572

Is

a

Novel

MicroRNA-Regulating SLC30A3 in Sporadic
Amyotrophic Lateral Sclerosis. Int J Mol Sci.
21(12):4482 2020.

- 161 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

高磁場 MRI を用いたてんかん原性部位及び機能部位との関係の研究研究代表者 臼井直敬 1）
研究分担者 鈴木雄治 2），近藤聡彦 1）松平敬史 1）

荒木保清 1）

1）NHO 静岡てんかん・神経医療センター 2）新潟大学脳研究所
研究要旨
難治性てんかんにて外科治療を検討している患者においては、切除すべき皮質領域と、機能的に重要な運動・感覚野、言語野などの関係を明確にすることが重要である。外科治療を検討中の患者で高磁場 MRI を用いて、てんかん原性部位を同定し、加えて同部位を対象とした機能的 MRI を行い、てんかん原性部位と機能部位の関係を検討する。

ーにて行い、発作症状や発作時脳波・SPECT な

A.研究目的
難治性てんかんにて外科治療を検討している患どを駆使して、てんかん原性領域の検索を行う。

者においては、切除すべき皮質領域と、機能的画像的な検討は、新潟大学脳研究所にて施行すに重要な運動・感覚野、言語野などの関係を明る。高磁場 MRI を用いた脳画像撮影は、高解像確にすることは術後の機能障害を低減するため度脳構造画像（T2R、3D 画像など）で得られるに極めて重要である。外科治療を検討中の患者

解剖学的情報を基準にして、機能的 MR 画像

で高磁場 MRI を用いて、てんかん原性部位を同（fMRI）、拡散テンソル画像、磁化率強調画像

定し、加えて同部位を対象とした機能的 MRI を（SWI）等の撮影を施行する。ｆMRI は、推測さ行い、てんかん原性部位と機能部位（運動・感れるてんかん原生部位を対象に行い、運動・感覚野、言語野など）の関係を検討する。

覚野、言語野などの機能部位を同定する。

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

C.研究結果静岡てんかん・神経医療センターにて、難治性撮像プロトコール等を決定し、現時点までに、てんかんにて外科治療を検討中の患者を対象と難治性てんかん患者１名（プロトコール決定のする。機能部位とてんかん原生領域が重複してために健常ボランティア２名）の撮像を行い、いる、あるいは近接している可能性が高い患者

順調に研究が継続されている。プレパレーショ

においては、その位置的関係の解明は、QOL のンシステム、撮像時の映像視聴などにより、撮観点においても極めて重要な情報となる。その像時に問題等は生ずること無く経過している。

ため、臨床的と画像的からのアプローチを行い、新潟大学にて、難治性てんかん患者 1 名の測定

両者の関係を明確にし、最終的には外科治療をを行った症例では、てんかん原生部位は、左の行った後に、術後の機能障害の有無、程度との頭頂葉に皮質形成異常を認めたが、脳機能部位相関を調べる。

（言語）が両側性であることが確認された。こ

臨床的な検討は静岡てんかん・神経医療センタの結果により、手術適応の可能性がひらけたた- 162 -め、頭蓋内脳波記録を行い、覚醒下手術にて詳
細な脳機能マッピングを行っての外科治療を行うに至った。術後、患者のてんかん発作は抑制
され、言語障害はみられていない。
D.考察
順調に撮像が進められているが、更なる難治性
てんかん患者（及びそれぞれに対するコントロール群）のデータの蓄積が必要である。共同研
究を継続し、症例数を重ねていくことにより、てんかん原性部位及び機能部位との関係を明らかにしてゆく必要がある。
E.結論
1 例で機能的 MRI による解析の臨床的有用性が示唆されたが、今後さらなる症例の積み重ねが必要と考えられる。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）- 163 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

中枢神経原発悪性リンパ腫における transforming acidic
coiled-coil-containing 3 (TACC 3)発現とその臨床病理学的意義

研究分担者

研究代表者 杉田 保雄 1）
大島 孝一 1），三好 寛明 1），松田 光太郎 1），柿田 明美 2）

1）久留米大学医学部病理学講座 2）新潟大学脳研究所病理学分野
研究要旨
中枢神経原発悪性リンパ腫(PCNSL)における transforming acidic coiled-coil-containing 3 (TACC3) 発現とその臨床病理学的意義について検討した。対象 PCNSL 例は 43 例であり、患者の性別は男性 26 例、女性 17 例であり、年齢は 51 歳から 85 歳（平均：67.9 歳）であった。多発病変症例は 21 例、単発病変症例は 22 例であった。経過観察中の死亡例は 29 例であり、生存例もしくは追跡困難のための打ち切
り数は 14 例であった。 PCNSL の病理組織型は 39 例はびまん大細胞 B 細胞リンパ腫 (DLBCL)であり、4 例は濾胞辺縁帯 B 細胞リンパ腫 (MZL) と診断された。また DLBCL 中 MUM-1 陽性例は 35 例
であり、Non-GCB type は 35 例、GCB type 4 例と診断された。Fisher の正確確率検定では PCNSL における p53, ki-67 は TACC3 発現と相関する結果が得られた。 TACC3 の標識率で分類した低標識率群は23 例 (A: DLBCL 19 例、B: FMZL 4 例) であり、高標識率群は 20 例 (DLBCL 20 例)であった。統計学的解析から低標識率症例群に属する患者の予後は高標識率群に属する患者に比べて予後良好であることが示唆された (p<0.5, Kaplan-Meier 法, Log-rank 検定)。一方、Cox regression model による多変量解析
においても TACC3 発現は他因子と比較して PCNSL 患者の予後推定の際のより正確な危険因子である
ことが示された。以上の結果から PCNSL における TACC3 の解析は腫瘍の悪性度、患者の予後判定に有用である。

瘍増殖における TACC3 について役割を明らかにす

A.研究目的
transforming acidic coiled-coil-containing protein 3

るために本研究を行った。

(TACC3) は染色体上の 4p16.3 に位置する、TACC
family の member である。TACC3 蛋白は Aurora A キ

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

ナーゼのターゲットである。また核分裂の際の中心体

対象を構成している蛋白であり、細胞の核分裂の際に、微久留米大学医学病理学講座及び新潟大学脳研

小管の成長と安定に寄与している [1,2]。 近年、究所で診断された中枢神経原発悪性リンパ腫

TACC3 発現と様々な悪性腫瘍との関わりが指摘され(PCNSL) 症例を対象とした。
方法ているが [1,2]、私共の渉猟し得た範囲においては中枢神経系腫瘍あるいはリンパ腫についてのTACC3, 細胞周期マーカーなどを免疫組織化学的

TACC3 研究の詳細な報告は未だにみられない。そに検討し、臨床情報と併せて臨床病理学的検討を行れゆえに中枢神経原発悪性リンパ腫（PCNSL）の腫った。 組織標本は 20% の緩衝ホルマリンで固定- 164 -

し、パラフィンに包埋した。これらから作製した例、単発病変症例は 22 例であった。経過観察中

切片 (5 µm)を使用して hematoxylin and eosin (HE)の死亡例は 29 例であり、生存例もしくは追跡困染色および免疫染色 (IHC) を行った。組織診断基

難のための打ち切り数は 14 例であった。

of

ICH による検討では全例が CD20, CD79a に陽性でHaematopoietic and Lymphoid Tissue によった。免あり、CD3 については陰性であった。病理組織学

疫組織化学についてはパラフィン切片を熱処理的所見と併せて 39 例はびまん大細胞 B 細胞リンにて抗原賦活後に自動染色機 (Dako autostainer

パ腫 (DLBCL)であり、4 例は濾胞辺縁帯 B 細胞リ

universal

ChemMate

ンパ腫 (MZL) と診断された。また DLBCL 中ENVISION kit/HRP (DAB), DakoCytomation) を使

MUM-1 陽性例は 35 例であり、Non-GCB type は用して染色を行った。一次抗体として CD3 (希釈35 例、GCB type 4 例と診断された。腫瘍細胞にお

準 は

率

WHO

Classification

staining

system)1:50), CD20 (希釈率1:150), MUM1 (希釈率ofTumours

及 び1:50), CD79a (希釈率

ける TACC3 および Ki-67 の標識率 (%)の平均値は1:100; DakoCytomation,

それぞれ 38.4+ 28.1, 38.0+28 であり両者は正の相Carpinteria, CA), p53 ( 希 釈 率

1:30; Ventana,

関を示した (相関係数 r=0.53, p<0.001)。また腫瘍

1:100;

細 胞 に お け る p53 の標識 率 (%)の 平 均 値 は

Novocastra, Newcastle, UK)を用いた。免疫組織化

28.4+23.9 であり TACC3 と Ki-67 の標識率は正の学の評価は 2 人の病理医が独立して行った (Y.S.,

相関を示した (相関係数 r=0.72, p<0.001)。

Arizona, USA), MIB-1(抗 Ki-67) (希釈率K.M) 。評価が有意に異なる症例では同意が得られるまで再評価を行った。 腫瘍細胞の TACC3 の

表 1 TACC3 と 臨 床 病 理 学 的 事 項 と の 関 係(Fisher’s Exact Test)

陽 性 率 と 増 殖 能 の 指 標 (p53, Ki-67) の 関 係 をPearson product-moment correlation coefficient 用いて解析を加え、更に他の因子である患者の年齢、性別、組織型を加えた相関関係を Fisher の正確確率検定 (Fisher’s Exact Test) を用いて分析した。また腫瘍細胞の TACC3 の陽性率 50%を cut off 値として症例群を低標識率群(A)と高標識率群(B)の 2群に大別した。A, B 群の生存率を Kaplan-Meier法で解析して両者を Log-rank 法で検定した。以上で得られたデータを基にして Cox regression 解析
を用いて多変量解析を加えて PCNSL におけるTACC3 発現の意義を解析した。
倫理面
本研究は久留米大学及び新潟大学脳研究所の倫理審査委員会で承認を得ており、患者の人権を尊重して行われた。

Factor

TACC3>50%
n=15

TACC3<5
0%
n=28

8
6

18
11

P=0.7568711 (NS)

6
8

9
12

P=0.738513 (NS)

14
0

25
4

P=0.368687 (NS)

7
7

23
6

P=0.0498747

8
6

26
3

P=0.014059 (p<0.05)

GenderMale
Female
Age
< 65
> 65
Histological
type
DLBCL
MZBCLofMALT
P53 labeling
index
< 50%
> 50%
Ki-67
labeling
index
< 50%
> 50%

P value(p<0.05)

また TACC3 の標識率で分類した A 群は 23 例 (A:DLBCL 20 例、B: MZL 4 例) であり、B 群は 20 例
(DLBCL 20 例)であった。
一方、Fisher の正確確率検定でも他の因子ではC.研究結果PCNSL 検討例は 43 例であり、患者の性別は男性 26 例、女性 17 例であり、年齢は 51 歳から 85
歳（平均：67.9 歳）であった。多発病変症例は 21

TACC3 と関係はみられなかったが、PCNSL における p53, ki-67 は TACC3 発現と相関する結果が得られた (表 1)。
A 群と B 群の Kaplan-Meier 法による生存曲線は図- 165 -

1 に示す（上段は A 群、下段は B 群を示す。）。

的見地から検討を加えた。まず、腫瘍細胞の増殖

Log-rank 検定では A, B 群の生存率には有意差との関係からTACC3発現とp53, Ki-67との関係に(p<0.05) がみられ、低標識率群(A)の患者は高標識ついて検討した。一般に悪性腫瘍の発生や進展に率群(B)に比べて予後良好であることが示唆されｐ53遺伝子の関与が指摘されており、p53の変異

た (単変量解析)。

はhigh-gradeあるいはhigh-stageの腫瘍に認められ
図1る。一方、抗Ki-67抗体 (MIB-1) は静止期である

Kaplan-Meier 法による生存率曲線

G0期を除く、抗Ki-67抗体 (MIBI) は全ての増殖期

Survival probability

すなわち細胞周期のG1の後期、S、G2, M期にある
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

細胞の核内に発現するKi-67抗原を認識する[1,2]。
PCNSLにおいてもp53, Ki-67の腫瘍細胞の高標識率は予後不良因子として報告されている[3]。本研
0

20

40

60

80

究でのPearson product-moment correlation coefficien

100

Follow up (months)

あるいはFisherの正確確率検定ではPCNSLの腫瘍: (A) Low TACC3 expression

細胞におけるTACC3の発現とp53, Ki-67の発現は: (B) High TACC3 expression

一方、p53, Ki-67 では低標識率群の患者は高標識率群の患者に比べて予後に有意差はみられなかった。

正の相関を示しており、PCNSLにおいてもTACC3発現は他の悪性腫瘍と同様に腫瘍の増殖能に関わっていることが示唆された。
本研究ではp53, Ki-67の腫瘍細胞の発現の差と

表2

患者生存率について単変量および多変量解析に

Cox regression analyses of risk factors

おいても有意差は得られなかった。その原因として症例数が十分で無かった可能性があるが、同一Hazard

ratio

(95%

P-value

条件下においてもPCNSLにおけるTACC3発現のconfidence interval)
TACC3

3.476 (1.381-7.0459)

0.000916

P53

0.839 (0.381-7.0459)

0.729127

Ki-67

0. 533 (0.210-1.357)

0.187393

差はPCNSL罹患患者の生存率において有意差を示した。この結果からTACC3の発現は他因子 (p53,
Ki67) と比較してもより正確に罹患患者の予後を示すことが明らかになった。

Cox regression 解析による多変量解析においてもTACC3 発現は他因子と比較して PCNSL の予後のE.結論
以上の臨床病理学的検討の結果からPCNSLに正確な危険因子であることが示された

おけるTACC3の標識率の検討は腫瘍の悪性度、罹(HR:3.476, P-value<0.01, 表 2)。

患患者の予後の推定に有用である。
D.考察
多くの悪性腫瘍において腫瘍細胞におけるF.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表TACC3の過剰発現と患者の予後不良との相関性が報告されている[1,2]。しかしながら、私共が渉猟し得た範囲ではPCNSLにおけるTACC3の過剰2. 学会発表
Sugita Y et al. Elevated expression of Transforming

発現とその臨床病理学的意義に関しての知見はAcidic Coiled-Coil Containing Protein 3 (TACC3)

みられない。それゆえに今回、私共はPCNSLにおreflects with a poor prognosis with primary central

けるTACC3の腫瘍発生に関わる機序とおよび

nervous system lymphomas. 97th Annual Meeting

PCNSL患者の予後との関係について臨床病理学of the American Association of Neuropathologists,- 166 -

June 10-13, 2021, St. Louis (hybrid web meeting) ,USA
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得 無し
2.実用新案登録 無し
3.その他 無し
※当該研究に関する新潟大学脳研究所の関わり
PCNSL は希少疾患であり、新潟大学脳研究所からの研究材料の提供により本研究の遂行が可能になった。また共同研究者である新潟大学脳研究所病理学分野の柿田 明美教授のご指導、ご助言
は共同研究遂行にあたって極めて有用であった。

- 167 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

超偏極低分子化合物の生体トレーサーとしての応用を目指した基礎検討
研究代表者 青木 伊知男 1）
研究分担者 五十嵐 博中 2），高草木 洋一 1），高堂 裕平 1）
1）量子科学技術研究開発機構・放射線医学総合研究所 2）新潟大学脳研究所
研究要旨
超偏極低分子化合物を用いた生体イメージング実験では、乳酸およびピルビン酸が超偏極の対象として頻用されている。ピルビン酸から乳酸への代謝は、癌細胞における乳酸生成亢進のみならず、加齢脳や脳疾患においても活性化していることが近年明らかとなってきている。そのため、超偏極技術をもちいた脳代謝評価への期待は大きい。一方、前臨床実験で用いられるマウスにおいて頻用される
イソフルラン麻酔は、乳酸生成を促進することが報告されており、マウスを用いた超偏極技術の評価には注意が必要である。本研究では、超偏極技術で頻用されるピルビン酸・乳酸代謝のうち、磁気共鳴スペクトロスコピー（MRS）で評価可能な乳酸を対象に、麻酔の影響がどのように作用しているかを明らかにするため、覚醒下でのマウス MRS 実験を実施した。
濃度を参照として各代謝物濃度を算出した。

A.研究目的
脳代謝において、神経細胞のエネルギー源とな

LCModel では alanine, aspartate(Asp),っているが、その代謝については明らかにされてphosphorylcholine(PCh), creatine(Cre),

いないピルビン酸、乳酸、酢酸など、血液脳関門

phosphocreatine (PCr), GABA, glutamine (Gln),

を越えて代謝されることが確認されている物質

Glu, glutathione (GSH), glycine (Gly),

が超偏極技術の対象として注目を集めている。本

myo-inositol (mI), lactate(Lac), N-acetylaspartate

研究では、これまで統合脳機能研究センターで検(NAA), Scyllo-inositol (Scyllo), taurine(Taur),

証された 1-13C ピルビン酸から 1－13C

乳酸へのglucose(Glc), N-acetylaspartylglutamate(NAAG),

代謝について、麻酔の影響を評価することを目的

glycerophosphorylcholine(GPC),に、マウスの覚醒時の脳内乳酸濃度を明らかにす

phosphorylethanolamine (PE), serine (Ser) andることを目的とした。

β-hydroxybutyrate (bHB)の解析を実施した。

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

C.研究結果C57BL6 マウス（N=8）の頭蓋にプラスチック製

覚醒下では脳内乳酸濃度は低値で計測されなの固定具を装着し、MRI 装置内でマウスが覚醒状かった一方、麻酔下では脳内乳酸が検出された態で脳代謝を測定できる体制で覚醒下 MRS 実験を（0.74μmol/g tissue）。その他、麻酔下で検出行った。比較対象としてイソフルラン麻酔 1.5%

できて覚醒下で検出できなかった代謝物はみらの麻酔下での実験も実施した（N=7）
。7T Bruker

れなかった。

装置において PRESS シーケンス（TR 3000 ms, TE
10 ms）により、関心領域を皮質に設定して脳内D.考察

代謝の測定を行った。解析は LCModel を用い、水- 168 -

近年、マウスやラット、さらにはヒトにおいても腫瘍や脳機能の評価方法として超偏極を用いる研究が、世界各地で行われている。マウスでの知見をヒトにつなげていくためには、マウスでの実験条件を可能な範囲でヒトと同様に整えていくことが必要である。そこで本研究では、マウスとヒト研究の大きな違いの一つである麻酔の作用を明らかにするために、覚醒下での脳内代謝物の測定を試みた。結果、超偏極で重要な対象となる乳酸濃度は覚醒下では低く MRS での検出限界以下であることが示された。乳酸はアストロサイ
ト内でグルコースやグリコーゲンから生成され、そして神経細胞にトランスポートされて利用されるという、Astrocyte-Neuron Lactate shuttle(ANLS)仮説における重要な分子である。この乳酸は覚醒下においては速やかに神経細胞で利用され、検出限界以下となっている可能性が示唆された。今後、超偏極装置でピルビン酸―乳酸の動態を評価することが可能となれば、乳酸濃度のみ
ならず代謝動態も明らかにできる可能性がある。
乳酸代謝は加齢脳や脳疾患において重要な位置
づけにあり、今後の超偏極代謝イメージングでのさらなる検討が期待される。
E.結論
マウス脳における脳内乳酸濃度は、イソフルラン
麻酔の影響が大きい可能性が示唆された。覚醒時
における乳酸代謝状態の評価には MRS のみでは十分でない可能性が示唆され、超偏極 MRS を用いる
ことの有用性が推測された。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表Takado et al. MRS-measured Glutamate versus
GABA reflects excitatory versus inhibitory neuralactivities in awake mice. JCBFM 2021(underrevision)
2.学会発表該当なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
該当なし- 169 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

NF-kB 活性化を標的とした中枢神経原発悪性リンパ腫治療法の開発に向けた多施設共同研究研究代表者 立石 健祐 1）
研究分担者 棗田 学 2)，山本 哲哉 1)，藤井 幸彦 2）1）横浜市立大学大学院医学研究科 脳神経外科学
2）新潟大学脳研究所脳神経外科学分野
研究要旨
難治性の原発性悪性脳腫瘍である中枢神経原発悪性リンパ腫 (primary central nervous systemlymphoma: PCNSL)に対する新規治療法の開発を目指した共同研究を行った. 研究代表者らが独自に樹立したヒト由来 PCNSL 細胞株 (patient-derived xenograft: PDX 細胞)を用いて,NF-kB 経路が糖代謝異常を制御し腫瘍細胞増殖に影響を及ぼしていることを見出した.これらの機構を制御する遺伝子発現を抑制することで抗腫瘍効果が得られることが明らかになった. また本研究を通じて PCNSL のドラ
イバー遺伝子を特定した. 更に cell free DNA を用いた liquid biopsy 法の開発に着手し, MYD88 変
異の存在が PCNSL 診断のバイオマーカーとなりうることを明らかにした.
A.研究目的認められる B-cell receptor, Toll like receptor

研究の主目的として, PCNSL に対して高頻度に認signaling に関連する遺伝子異常 (CD79B, MYD88,

める NF-kB 経路の恒常的な活性化に関連する分子

CARD11, TNFAIP3(A20) 等) を，全エキソン解析を標的とした開発を目指した. 特に PCNSL においを用いて網羅的に解析を行う. 更には RNA シークて強い依存を示す解糖系代謝経路に注目し,エンスにて NF-kB シグナル経路, 解糖系に関連す

NF-kB 経路の活性化が解糖系にどのような影響をる遺伝子発現を解析する. 次に正常脳組織をコ及ぼすか明らかにすることを目的とした. 更にントロールとし, 解糖系蛋白の発現レベルに違

これらの機構を標的とした新規治療法の開発すいがあるか免疫染色、western blotting 法等にてることで PCNSL に対する将来の臨床応用を目指検討を図る. また臨床データでも同様の傾向がした.同時に PDX マウスを用いて治療効果判定に認められるか両研究機関で独立したコホート研

liquid biopsy 法を導入すべく研究を行った.

究を行う. NF-kB 経路に関連する遺伝子をノックダウン, 強制発現を行い解糖系酵素の発現レベ

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

ルに変化が生じるか検証する. 更にこれらの遺本研究を行うにあたり横浜市立大学倫理委員会

伝子発現調節にて薬剤感受性に影響が生じるか及び動物実験委員会の承認を得た(承認番号検証する. In vitro レベルで細胞毒性のメカニズ

A210300004 及び FA19-024). 申請者らがこれまでムを明らかにするとともに, in vivo 研究にて薬独自に樹立した PCNSL PDX モデルは 18 種類と世剤治療によりマウス生存期間の延長効果が得ら

界最大コホートであり, これらのモデルを活用れるか検討する.更に得られた研究結果を基に新して研究を行った. 具体的には PCNSL に高頻度にたな研究計画を立案する.

- 170 -

C.研究結果高いと考えられる.重要な点として,本研究を通研究者らはこれまでに PCNSL では BCR シグナルにじて世界最多の PCNSL 細胞株を樹立することに成関連する遺伝子変異 (CD79B, MYD88)が高頻度に功した. この成果は今後の治療法開発や耐性機認められることを報告してきた (Nakamura T,序解明などに大きく貢献できるものと考える.

Tateishi K et al. Neuropathol Appl Neurobiol.
2016).また全身性 B 細胞型リンパ腫と比較して
PCNSL では DNA メチル化が上昇していることを見出 し た (Nakamura, Tateishi K et al. Acta

E.結論
PCNSL の 形 成 に 関 わ る 遺 伝 子 異 常 の 同 定 と
NF-kB 経路を標的とした治療アプローチの重要性を見出した.

Neuropathol. 2017). これらの先行研究により
PCNSL の治療標的を立案した. またグリオーマ幹細胞株の樹立などの経験を通じて遺伝子変異に起因する代謝異常を標的とした治療法をこれまでに提唱してきた (Tateishi K et al. Cancer
Cell. 2015, Tateishi K et al. Clin Cancer Res.
2016, Tateishi K et al. Cancer Res. 2017,
Tateishi K et al. Clin Cancer Res. 2019). これらの研究基盤をもとに本研究の構想を立案するに至った。組織学的検討では表現型が 100%一致
していることを確認した。また全エキソン解析を含めた遺伝子解析を行い、患者検体と PDX 細胞間F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表Tateishi K, Miyake Y, Kawazu M, Sasaki N,
Nakamura T, Sasame J, Yoshii Y, Ueno T,
Miyake A, Watanabe J, Matsushita Y, Shiba N,
Udaka N, Ohki K, Fink AL, Tummala SS,
Natsumeda M, Ikegaya N, Nishi M, Ohtake M,
Miyazaki R, Suenaga J, Murata H, Aoki I, Miller
JJ, Fujii Y, Ryo A, Yamanaka S, Mano H, Cahill
DP, Wakimoto H, Chi AS, Batchelor TT, Nagane
M, Ichimura K and Yamamoto T. Hyperactive
RelA/p65-hexokinase 2 signaling axis drives
primary central nervous system lymphoma.
Cancer Res. 2020.

における遺伝子異常が高率に継代されているこ

2.学会発表と, 腫瘍内のサブクローンによるヘテロ化を確

1. 立石健祐, 三宅勇平, 河津正人, 佐々認した。また PDX 細胞株及び患者検体において解木重嘉, 笹目丈, 吉井幸恵, 脇本浩明,

糖系が亢進していること, 解糖系亢進に MYD88,

永根基雄, 市村幸一, 山本哲哉. 独創

CD79B などの遺伝子異常が関与していることを的モデルを通じた中枢神経原発悪性リ

PET,ウエスタンブロット法, 免疫組織学的検討

ンパ腫の進展機序同定と治療標的の解等にて確認した。更には cell free DNA を用いて

明. 第 38 回日本脳腫瘍学会学術総会

MYD88 変異が PDX マウスの血清から検出可能であ(シンポジウム), 広島, 2020.12.

ることを明らかにした. これらの共同研究成果

2. 立石健祐, 三宅勇平, 河津正人, 佐々は Cancer Res 誌 に 報 告 し た (Tateishi K,

木重嘉, 笹目丈, 吉井幸恵, 脇本浩明,

Natsumeda, Fujii, Yamamoto et al.Cancer Res.

永根基雄, 市村幸一, 山本哲哉. 独創2020).

的モデルを通じた中枢神経原発悪性リンパ腫の進展機序同定と治療標的の解

D.考察
これまでの共同研究成果により, PCNSL の細胞
起源,進化の生物学的背景がより明確になった.
更に NF-kB 経路を標的としたアプローチは PCNSL

明. 第 79 回日本脳神経外科学会学術総会, 岡山, 2020.10.
3. 立石健祐, 三宅勇平, 河津正人, 佐々という疾患に対する極めて重要であることを本木重嘉, 吉井幸恵, 笹目丈, 永根基雄,

研究により見出した. これらの結果は, 今後の市村幸一. NF-kB 経路の活性化は PCNSLPCNSL 研究の核となる研究背景に繋がる可能性がの中枢神経浸潤を促進させる. 第 38 回

- 171 -

日本脳腫瘍病理学会 (シンポジウム),
東京, 2020. 9.
4. 立石健祐, 佐々木重嘉, 河津正人, 三宅勇平, 中村大志, 吉井幸恵, 松下裕子, 山中正二, 山本哲哉, 脇本浩明,
永根基雄, 市村幸一. ヒト由来中枢神経原発悪性リンパ腫細胞株を用いた腫瘍発生進展機構の解明、治療法探求のためのトランスレーショナル研究. 第 37回日本脳腫瘍学会学術総会（シンポジウ
ム , Top Scoring Abstract ） , 金 沢 ,2019.12.

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許出願 2020-174066 (立石健祐)- 172 -

令和2年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

特発性正常圧水頭症患者脳脊髄液中のバイオマーカー診断と重症度分類の確立
研究代表者 中島 円 1）
研究分担者 池内 健 2） 宮嶋雅一 1）春日健作 2） 宮下哲典 2）月江珠緒 2）1）順天堂大学・医学部・脳神経外科学講座 2）新潟大学・脳研究所・遺伝子機能解析学分野

研究要旨
特発性正常圧水頭症（iNPH）は認知障害，歩行障害などの症候を呈する高齢者に特有の疾患で，病態生理は加齢とともに減衰する髄液吸収能が原因とされている．過剰な脳脊髄液に対する短絡術（シャント）の治療介入が症状改善に有用である．本病態では神経毒性蛋白の髄液排泄経路が阻害され，神経毒性蛋白が脳実質内に沈着しやすく，また脳実質へアミロイド β 蛋白が沈着したアルツハイマー病(AD)病理が併発した iNPH 患者では，シャント治療後も認知機能の回復が限定的である．本研究では，
髄液シャント術後の iNPH 症状，特に認知機能の改善には，髄液を介した病的な神経毒性蛋白の排泄が必須との仮説を立て，アミロイド β 重合体，異常リン酸化タウ蛋白に代表される髄液中の神経毒性蛋白測定を実施した．本研究では iNPH の神経症状と髄液性状を解析し，治療予後を反映したバイオマーカーを求め，重症度分類を確立する.
A.研究目的する上で、診断に有用なバイオマーカーの新規開

特発性正常圧水頭症（iNPH）は認知障害，歩行発を行い，iNPH の神経症状と髄液性状より，治障害などの症候を呈する高齢者特有の疾患で，主療予後を反映した重症度分類を確立し得る．

に脳脊髄液（CSF）吸収障害を原因とし，脳内のprotein

CSF が過剰に蓄積している．余剰な CSF に対する

(PTPRQ)は，これまで日本の一施設からの報告が短絡術（シャント）治療により症状の改善が期待あったものの，他施設また多人種間では評価されできる．症候のみでは他の神経変性疾患との鑑別ておらず，中枢神経系での働きはまだ不明である．

が困難であり，またこれらの疾患が併存する場合

今回我々は iNPH 患者の髄液中 PTPRQ 値を多国間も少なくないため，様々なバイオマーカーによるで調査し，また iNPH 患者の剖検脳を用いて，鑑別診断が試みられる．神経変性疾患の併存，特PTPRQ の脳内の発現を解析した．

tyrosine

phosphatase

receptortype

Qにアルツハイマー病に代表される認知障害をきたす疾患の併存は治療効果を限定する．先行研究

B.研究方法で，CSF 中のアミロイド β 42 (Aβ42)，phospholated

University of Eastern Finland（UEF）と順天堂大

tau, total tau 181 (p-tau) 測定値はシャント治療予学脳神経外科学教室（JU）における iNPH 患者の後を予測し得ることが判明した．しかしこれまで

髄液中 PTPRQ 濃度を enzyme‑linked

報告された多くの protein biomarker と同様，iNPH

immunosorbent assay (ELISA)法により測定し, 検の病態発生の機序に直接関連した疾患特異性の査の有用性を評価した．解析群として JU-iNPH 患

あるものではなかった．iNPH の病態生理を理解者 30 例（男性 22 例，年齢 [中央値]76 歳，MMSE- 173 -

[中央値] 22 点）と 60 歳以上の認知機能正常高齢および脳室壁の上衣細胞に発現が多く認められ者（NC）群 10 例（男性 5 例,73 歳, 29 点）のほか，た．

AD 患者（12 例），パーキンソン病（PD）患者（12例），non-iNPH 群（続発性正常圧水頭症患者 [11D.考察

例] ，先天性正常圧水頭症患者 [5 例]），検証群と髄液中 PTPRQ 測定値は，人種間に違わず，健常

して，UEF-iNPH 患者 30 例（男性 19 例， 73 歳，

高齢者より約 2 倍高値を示した．アルツハイマー25.5 点）と UEF-NC27 例（男性 10 例，71 歳，28点）を対象とした．
髄液バイオマーカーとして PTPRQ の他，AD 病理マーカーである p-Tau，総タウ(t-Tau)， Aβ42 を測定した．iNPH の髄液診断として感度，特異度, area
under the curve (AUC)を評価した．また剖検脳
iNPH (7 例)と NC (6 例) にて免疫組織染色およびin situ hybridization にて脳内 PTPRQ の発現解析を行った.
本研究は，JU および UEF の CSF バンクに保管された iNPH 患者のシャント治療介入前に評価検査で得られた CSF 検体を用いて行われた．順天堂
大学およびクオピオ大学病院の倫理委員会で審査を受けており, すでに承認を得たうえで実施さ病理のマーカーである p-Tau，t-Tau，Aβ42 とは無関係であり，脳室拡大をきたす疾患で高値となり，脳室内上衣細胞に発現が認められたことから，脳室上衣細胞の機能障害と密接な関係があると推
察された．
E.結論
CSF 中 PTPRQ 測定は，成人慢性水頭症の補助診断として有用である．
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Chihiro Kamohara, Madoka Nakajima, Kaito
Kawamura, Chihiro Akiba, Ikuko Ogino, Kanei Jo,

れた．対象者には研究の趣旨説明文書を配布し，Meng Wei, Karagiozov, Kostadin, Hajime Arai,

研究の目的・プログラム内容と方法・調査内容とMasakazu Miyajima: Neuropsychological tests for

方法の説明，調査は匿名で行い個人情報は厳重に

predicting comorbidities of idiopathic

保護され，研究への参加は自由意志に基づき不参

normal-pressure hydrocephalus. Acta Neurrol

加によって何も不利益はないことを伝え，書面にScand,142(6):623-631.https://doi.org/10.1111/ane.

て同意を得た上で研究に参加していただいた．

13306. 2020.
2. Madoka Nakajima, Tuomas Rauramaa, Petra M

C.研究結果術前髄液中の p-Tau, t-Tau, Aβ42 濃度は, JU-iNPH，Mäkinen, Mikko Hiltunen, Sanna-Kaisa Herukka,

UEF-iNPH ともに NC と比較し有意差は認められ

Merja Kokki, Tadeusz Musialowicz, Henna-Kaisa

なかったが， PTPRQ 濃度は， JU-iNPH では, 平

Jyrkkänen, Nils Danner, Antti Junkkari, Anne M

均(SD), 619 (398) pg/mL，JU-NC は 296 (94) pg/mL

Koivisto, Juha E Jääskeläinen, Masakazu Miyajima,(p = 0.001)と有意に高値であり，また UEF-iNPH

Ikuko Ogino, Akiko Furuta, Chihiro Akiba, Kaito

は 762 (570) pg/mL, UEF-NC は 371(94) pg/mL (p <Kawamura, Chihiro Kamohara, Hidenori Sugano,0.001)と iNPH では他疾患よりも髄液中に高く認

Yuichi Tange, Kostadin Karagiozov, Ville Leinonen,

められた．
検出力は，
日本人対象で PTPRQ の cutoff

Hajime Arai: Diagnosis of idiopathic normal

値 313pg/mL にて，
感度 83.3%, 特異度 80.0%, ROC

pressure hydrocephalus using PTPR type Q

曲線 AUC 0.860 であった．シャント治療による症状改善群(46 例), 非改善群(14 例)の 2 群間解析でconcentrations in cerebrospinal fluid: A

は，統計学的有意差は認められなかった．

two-cohort multinational study. Eur J Neurol.

non-iNPH 群 (Evans index [EI]: 0.385)は 1704 (861)

28:389-400. 2020

pg/mL (p < 0.001)と高値であり，iNPH 群 (EI:
0.353)に比べて，non-iNPH 群は脳室拡大を呈した

3. Madoka Nakajima, Shigeki Yamada, Masakazu(p = 0.011)．脳内の PTPRQ 発現解析では，脈絡叢- 174 -

Miyajima, Kazunari Ishii, Nagato Kuriyama,
Hiroaki Kazui, Hideki Kanemoto, Takashi

Suehiro, Kenji Yoshiyama, Masahiro Kameda,

第 79 回日本脳神経外科学会学術総会（TheYoshinaga Kajimoto, Mitsuhito Mase, Hisayuki

Japan Neurosurgical Society）, 岡山，16. Oct.

Murai, Daisuke Kita, Teruo Kimura, Naoyuki
Samejima, Takahiko Tokuda, Mitsunobu Kaijima,
Chihiro Akiba, Kaito Kawamura, Masamichi2020.
5. 中島 円: “改善する認知症” 特発性正常圧
水頭症（iNPH）を見落とさない為の最新 EBM

Atsuchi, Yoshihumi Hirata, Mitsunori Matsumae,

を知る～iNPH ガイドライン第 3 版 改定のポ

Makoto Sasaki, Fumio Yamashita, Shigeki Aoki,
Ryusuke Irie, Hiroji Miyake, Takeo Kato, Etsuro

イントと Stroop Test アプリケーションの有用

Mori, Masatsune Ishikawa, Isao Date, Hajime

性～. 第 39 回日本認知症学会学術集会, 名古Arai: The research committee of idiopathic

屋, 27. Nov. 2020

normal pressure hydrocephalus Guidelines for6. 中島 円: Neuropsychological tests are useful forManagement of Idiopathic Normal Pressurepredicting comorbidities of iNPH. 第 39 回日本

Hydrocephalus (Third Edition): Endorsed by the

認知症学会学術集会, 名古屋, 27. Nov. 2020

Japanese Society of Normal Pressure

7. 中島

Hydrocephalus. Neurol Med Chir (Tokyo).

毅，川村海渡，宮嶋雅一：髄液シャントにより脊髄症をきたす

61(2):63-97, doi: 10.2176/nmc.st.2020-0292,

overshunting-associated myelopathy の治療. 第2021

22 回日本正常圧水頭症学会, 岩手，21. Feb.

4. Aleksi Vanninen, Madoka Nakajima, Masakazu
Miyajima, Tuomas Rauramaa, Merja Kokki,

2021.

Tadeusz Musialowicz, Petra M Mäkinen,

8. 中島 円：iNPH 治療のオーバービュー: 現状

Sanna-Kaisa Herukka, Anne M Koivisto, Juha Eと課題. 第 22 回日本正常圧水頭症学会, 岩手，Jääskeläinen, Mikko Hiltunen, Ville Leinonen:

21. Feb. 2021.

Elevated CSF LRG and Decreased Alzheimer's
Disease Biomarkers in Idiopathic Normal

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

Pressure Hydrocephalus. J Clin Med.

1.特許取得6;10(5):1105. doi: 10.3390/jcm10051105. 2021

なし
2.実用新案登録

2.学会発表1. 中島 円：iNPH の概念と GL 第 3 版作成コン
セプト. 第 21 回日本正常圧水頭症学会, 名古屋，27. July – 14. Aug. 2020.
2. 川村海渡，中島 円，宮嶋雅一，秋葉ちひろ，
蒲原千尋，荻野郁子, 新井 一: DNAH14 改変
マウスにおける脳室上衣線毛機能障害と遅発性慢性水頭症の発現. 第 21 回日本正常圧水頭症学会，名古屋, 27. July – 14. Aug. 2020.
3. 中島 円：iNPH: ガイドラインに沿った診断の現状と課題. 第 40 回日本脳神経外科コング
レ ス 総 会 （ The 40th Annual Meeting of The
Japanese Congress of Neurological Surgeons）,
金沢，12. Aug. 2020.
4. 中島

円，原

円：シャント治療の予後因子を考慮した 特発性正常圧水頭症重症度分類の提案.
- 175 -

なし
3.その他
なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

Boron neutron capture therapy (BNCT)が播種・浸潤に及ぼす効果の検討
近藤 夏子 1）
棗田 学 2），藤井 幸彦 2）

研究代表者
研究分担者

1）京都大学複合原子力科学研究所 粒子線腫瘍学 2）新潟大学脳研究所 脳神経外科教室

研究要旨
膠芽腫は予後が極めて悪く、再発は必発である。その再発形式は局所再発が 80％以上である。我々はホウ素中性子補足療法(Boron Neutron Capture Therapy: BNCT)を再発膠芽腫患者に対して行い、予後を延長してきた。BNCT は Boronophenylalanine（BPA）を投与し、ホウ素 10B を取り込んだ腫瘍細胞に熱中性子が照射されると、10B と熱中性子が反応しα粒子と Li 反跳核が発生する。これらは極短飛程の高 Linear Energy Transfer(LET)放射線で腫瘍細胞を選択的に破壊・死滅させる。しかし、
BNCT 後も再発する。我々は細胞間コミュニケーションツールとして注目されている、細胞外小胞の中の exosome が BNCT 後の再発と関係があるかを調べる。

A.研究目的膠芽腫は手術・化学放射線療法を用いても生命予後は極めて悪く 15 か月~18 か月である。通常は局所再発が 80％以上であるが、細胞選択的高LET 放射線治療であるホウ素中性子捕捉療法（BNCT）によって腫瘍の局所制御の向上が可能となってきた。しかしそれでも再発を防ぐことは困難である。先行研究で X 線照射後 Glioma 細胞から放出された exosome の miRNA が非照射のGlioma 細胞に浸潤を促すことが報告されている。
本研究では BNCT によって Glioma 細胞から放出される exosome の small RNA を抽出し、播種・細胞死・免疫誘導などの因子や他の再発に関わる因子が含まれるか否かを調べる。本研究による
exosome の解析から、膠芽腫の BNCT 後の再発を制御し生存期間を延長することを目的とする。
B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
１．膠芽腫細胞 U87 delta EGFR の細胞培養液中に含まれる exosome を BNCT 照射群、非照射群から抽出する。
①Exosome free の Fetal bovine serum (FBS) を
Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium(DMEM)培地中に 10%添加し、膠芽腫細胞（U87MG）を 37℃
CO2 インキュベーターで 2 日間程度培養する。
BPA 非投与・非照射群、BPA 投与非照射群、
BNCT群、BPA 非投与・熱中性子照射群の 4 群を作る。
BPA 投与群は 25ppm の濃度で BPA を照射前日に添加する。
1 群 3×106 個以上の細胞を準備する。
②PBS でリンス、トリプシン処理を行い 1×106
cells /mL の濃度で BPA 25 ppm 添加あり or なしの DMED 培地(FBS free)中に細胞懸濁液を作る。
エッペンチューブに移し、京都大学複合原子力科学研究所の重水中性子線照射設備（レール）で熱中性子線照射を 1 時間行う。
③各細胞群を 1000rpm で 3 分遠心後、上清を捨てて exosome free FBS 10% DMEM 1ml に細胞懸濁液を作り、9ml の同培地を入れた 10 cm dishに播種する(1×106 cells / dish)。
④各群、播種 48 時間後に培養上清を 50ml チュー
ブに回収し、2000 rpm 20 分 4℃で遠心後、0.2μm の滅菌フィルターでろ過し、- 80℃で凍結保存する。Dish の細胞は RNA 用サンプルとして
QIAzol で溶解し凍結保存した。
⑤④で保存した培養上清を融解し、遠心式限外ろ過フィルターユニット（アミコンウルトラ-15,
100kDa）を用いて 4 ℃、4000G で 2 時間、遠心し、500µL に濃縮する。

- 176 -

⑥ サ イ ズ 排 除 ク ロ マ ト グ ラ フ ィ ー 法 ・ qEV
original カラムを用いて PBS500 µL 中にエクソソームを回収する。そのうち、450µL は-80℃で凍結保存する（proteomics 解析用）。
⑦残りの exosome in PBS 50µL のサイズ・濃度
を qNano ナノ粒子マルチアナライザーを用いて測定する。
C.研究結果4 群の exosome の粒子径は直径 50-150nm である
ことを確認（平均直径 110-120nm）した。それぞれの exosome の濃度(/mL)は BPA 非投与・非照射群が 3.46×109、BPA 投与・非照射群 2.79×109、
BNCT 群 9.07×108、BPA 非投与・熱中性子照射
群 1.29×109 であった(3 回分の平均値)。
D.考察
安定した exosome 回収が本手法によって可能になった。Exosome 濃度はアナライザー解析のたびに、増減するため、そこに注視せず exosome 中に存在する small RNA (micro RNA)の解析を行うことが肝要である。今後、凍結保存 exosome から
total RNA を抽出し、その中の small RNA を増幅しシーケンスを行う予定である。
E.結論
BNCT 群には存在し、BPA 投与・中性子非照射群や BPA 非投与・中性子照射群には存在しない
micro RNA は、腫瘍細胞が BPA を取り込み、ホウ素（10B）と熱中性子が反応することにより発生した Nα 反応に起因する。Nα反応は他の放射線 治 療 に は 存 在 し な い high Linear Energy
Transfer 放射線を発生するので、BNCT の殺細胞効果の特徴や、誘引する免疫応答を明らかにする可能性が高い。また再発抑制のための因子を見つけることができると考える。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表 未発表
2.学会発表 未発表

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
未定。

- 177 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

RNA-Seq 解析を用いるがん性疼痛と難治性神経障害性疼痛に
関連分子の探索・同定
研究代表者 伊藤 誠二 1）
研究分担者 池内 健 2）
，原 範和 2），原 範和 2），舩津 宣雄 3），松村 伸治 3），片野 泰代 3）1）大阪医科薬科大学麻酔科 2）新潟大学脳研究所 3）関西医科大学医化学講座
研究要旨
乳がん、肺がん、前立腺がんをはじめ多くのがんは骨に転移して、進行に伴い増強する持続的な痛みと体動に伴う突発痛を誘発する。骨がん性疼痛は侵害受容性と神経障害性要素を併せ持ち、抗神経成長因子(NGF) 抗体が効果を示す。皮膚と骨に一次求心性線維を投射する神経細胞は後根神経節（DRG）に局在し、触刺激を受容する中、大型細胞と疼痛刺激を受容する小型細胞が混在する。痛みを伝える小型細胞は NGF
受容体 TrkA を発現する。本研究では、RNA-seq 解析を用いてがん性疼痛や難治性神経障害性疼痛に関連する分子を探索・同定するために、TｒkA-LacZ マウスを用いて骨がん性疼痛モデルを作製した。現在、がん性疼痛が現れたマウスの DRG から単離浮遊細胞を調製し、骨への投射、TrkA 発現の有無で単離浮遊細胞をセルソーターで 4 つの画分に分取し、RNA-seq 解析を進めている。
A.研究目的C.研究結果

高齢社会を迎えた日本では、がんが死亡原因のト

1 回の実験でセルソーターで分取された画分のップにあり、がん性疼痛の緩和ケアが重要になって細胞数は、収量のいい場合は 1,000 から 10,000 細いる。本研究では、がん性疼痛モデルの後根神経節胞/画分、悪い場合は 200 から 3,500 細胞/画分と実や脊髄から調製したｍRNA や難治性神経障害性疼験ごとにばらつきがある。予備実験ではあるが、痛の手術標本の神経や皮膚組織から調製した

後者で調製した RNA は 1 ng/µL で RIN 値は 8 以mRNA を用いて RNA-Seq 解析を行い、疼痛関連分上であり、RNA の質は担保されている。

子の探索と同定を試みることを目的とする。

現在、RNA-seq 解析結果の統計処理ができるよ
うに、サンプル調製を進めている段階である。

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
TrkA-LacZ マウスの脛骨にがん細胞を注入し骨D.考察

がん性疼痛モデルを作製する。脛骨に逆行性蛍光

共同研究の開始当初は、典型的な難治性神経障

色素を注入し、骨に投射する DRG 細胞を標識す

害性疼痛患者の手術摘出標本の神経や皮膚組織る。がん細胞注入 10 日後に DRG を取り出し、コ（倫理委員会承認済）の RNA-seq を行ったが、統ラゲナーゼ処理をして単離細胞を調製する。単離計処理ができず、標的を絞れないこと、RNA が合細胞を蛍光色素による LacZ 染色を行い、セルソ

成される DRG は解析できないことから、マウスーターで蛍光強度を指標に 4 画分の分取を行う。

の実験にシフトした。

4 画分から抽出した RNA を新潟大学脳研でマウスの DRG は小さく、細胞数はせいぜい

RNA-seq 解析を行う。無処置マウスから同様に抽

10,000 である。セルソーターでの分取のストラテ

出した RNA をコントロールとして比較検討する。

ジーは TrkA 陽性、骨投射神経の有無で 4 分割するというシンプルなものであるが、単離浮遊細胞- 178 -

を作製する段階で、TrkA の細胞外部分は酵素処理されるのか、TrkA 抗体で染色される陽性細胞は数F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表個から数 10 個で、RNA を回収できる段階に至ら

なし

なかった。
TrkA に代わる表面マーカーがないことから、

2.学会発表TrkA-LacZ マウスを用いることにした。TrkA-LacZなし

マウス受精卵を輸入し繁殖させるのに、関西医大の動物飼育実験共同施設の厳格な規則により、実*Movo に関する論文作成のための実験中なので、験に使用可能な TrkA-LacZ マウスの繁殖に 1 年以

詳細は記載しなかった。

上費やし、2021 年になりやっと軌道に乗り始めた。
疼痛研究の分野で RNA-seq による報告はすで

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）になされているが、発現が変化する遺伝子の列挙
で、search レベルで research（研究）レベルに達していない。1990 年代から進展した疼痛研究の知見は蓄積しているので、それに RNA-seq を組み合わせることにより、新たな展開が期待される。

1.特許取得なし
2.実用新案登録

本研究の準備段階で、我々が 1998 年に単離同定した転写因子 Movo（Ovol2）の標的遺伝子が本共同研究で明らかになったことを報告する。
Movo はショウジョウバエの卵形成に関与する
遺伝子 ovo のマウスの相同遺伝子で、ノックアウ
トマウスは E9.5 から E10.5 で胎盤形成不全、血管形成不全、神経管閉鎖不全などで胎生致死になる。
成体マウスでは主に精巣に発現し、精子形成に関与することが示唆された。
Movo の機能を解明するために E7.5, 9.5, 12.5,
18.5 の (コンディショナル) ノックアウトマウス、
ヘテロマウスの RNA サンプルを RNA-seq 解析を行い、Movo の標的遺伝子候補が見つかった。現在、そのつめの実験を行っている。*
以前に Movo のノックアウトマウス作製の発表をしたときに、DNA マイクロアレイで Movo の標的遺伝子を解析したが、候補を見つけることができなかったので、長年の懸案事項である。
*Movo に関する論文作成のための実験中なので、詳細は記載しなかった。
E.結論
RNA-seq は非常に強力な実験方法であるが、結果を得るには、RNA サンプル調製が重要と考える。
我々は、新潟大学脳研究所の池内研究室との共同研究で研究が進められたことに感謝する。

- 179 -

なし
3.その他
なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

認知症関連疾患リスク遺伝子（特に ACE, ABCA7、FUS に関して）検索
赤津 裕康 1）
宮下 哲典 2），原 範和 2），池内 健 2）
研究代表者

研究分担者

1）名古屋市立大学大学院医学研究科地域医療教育学 2）新潟大学脳研究所遺伝子機能解析学分野
研究要旨
福祉村病院の保有する認知症関連疾患患者の脳解剖症例から得た凍結脳を用いて認知症関連疾患における各種リスク遺伝子の検索を進めた。その中でアルツハイマー病患者脳での ABCA7 遺伝子多型解析において、日本人特有のバリアントを発見した昨年度の結果を受け、継続的・発展的な共同研究を展開した。
A.研究目的スタンブロティング、及び RNA-seq 解析を認知症関連疾患のリスク遺伝子検索により認知行った。

症の原因、リスクファクターなどの検討を行い、診断、治療に役立てることを目的とする。

D.考察
認知症の姉妹例（福祉村病院：検体 ID = 1808、B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

1817）における解析では、既報の候補遺伝子に病

福祉村病院の保有する認知症関連疾患患者の脳的バリアントを認めなかったが、全エクソーム解解剖症例から得た凍結脳由来ゲノム DNA、全 RNA

析によって、複数の候補遺伝子を列挙することにを脳研にある次世代シーケンサーを用いて、網羅成功した。今後、各遺伝子の機能的な側面を精査

的な遺伝子発現解析を行うと共に、全エクソームし、疾患との関連付けを行う。FTLD 剖検例（福祉

解析や全ゲノム解析を行い、疾患との遺伝学的関村病院：検体 ID = 0825）、ABCA7 にアミノ酸置換

連性を検討する。

を伴うバリアント（p.Ile1690Thr）を保因する剖
検例の解析については、現在データの精査を行っ

C.研究結果ている。

１） 認知症の姉妹例（福祉村病院：検体 ID =1808、1817）における PSEN1、PSEN2、

E.結論

APP、MAPT、GRN、BSN の候補遺伝子解析、来年度も引き続き興味深い症例の候補遺伝子シ及び全エクソーム解析を行った。

ーケンシング、全エクソーム解析を継続し、1 症

２） FTLD 剖検例（福祉村病院：検体 ID =例でも多く、原因・感受性遺伝子との関連付けを0825）における TARDBP の候補遺伝子解析、
及び全エクソーム解析解析を行った。
３） ABCA7 にアミノ酸置換を伴うバリアント（p.Ile1690Thr）を保因する剖検脳のウエ行っていく。結果的に病態解明につながるものと期待されるので、本研究の意義は十分である。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なし- 180 -

2.学会発表
第 39 回日本認知症学会学術集会（名古屋）：ポスター発表「ヒト死後脳に由来する DNA、RNA の品（長谷川舞衣、宮下哲典、春日健作、原範和、月質管理」
江珠緒、齋藤祐子、赤津裕康、橋詰良夫、柿田明美、吉田
眞理、村山繁雄、池内健）

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得なし
2.実用新案登録なし
3.その他- 181 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

筋強直性ジストロフィーにおけるタウ病変の評価

研究分担者

研究代表者 高堂 裕平 1）
柿田 明美 2），清水 宏 2），樋口 真人 1），小野 麻衣子 1）

1）量子科学技術研究開発機構・量子医科学研究所 2）新潟大学脳研究所・病理学分野
研究要旨
これまでの神経病理学的検討から、筋強直性ジストロフィー（DM1）において異常タウ蛋白が蓄積することが明らかになってきたが、DM1 患者脳においてイメージングでタウタンパクの存在を捉えた報告はなかった。これまで実施し得た［18F］PM-PBB3 リガンドによる DM1 患者 4 名（40 代～50 代）でのタウ PET のうち、1 例においてタウ病変の集積をとらえた可能性が示唆され、さらに複数例において白質にタウを疑う所見が示唆された。本年度は、［18F］PM-PBB3 の信号上昇とタウの存在の関連性を検討するため、［18F］PM-PBB3 イメージングの解析法の検討を進めた。タウオパチーとして進行性核上性麻痺患者のデータを用い、小脳、皮質、白質のどの領域が参照領域として適しているかを検討した。
結果、皮質が最も安定した参照領域として使用できる可能性が示唆された。今後、DM1 の PET データ
においても本手法を応用して検討することで、より正確な評価が実現できる可能性が示唆された。
り Free Surfer を用いて領域の選択を行った。

A.研究目的
本研究では量子科学技術研究開発機構で開発されたタウ PET リガンドである［18F］PM-PBB3 を

C.研究結果用い、筋強直性ジストロフィー（DM1）患者におヒストグラム法を用いて、皮質、白質の参照領域

けるタウ病変を生体脳で画像化できる可能性をの選択を行うことができた。ヒストグラム法によ検討してきた。今年度は、DM1 患者脳で得られたって領域を抽出する方法は Matlab を用いてカス

18［ F］PM-PBB3 の信号上昇がタウ病変をとらえてタムメイドのスクリプトにより実施した。小脳、いる可能性を検証するため、タウ PET 画像の解析

皮質、白質のそれぞれの領域における法を改良することを目的とした。

Standardized Uptake Value(SUV)を比較したとこ
ろ、健常人ではほぼ同一の集積であったが、疾患群（PSP）においては小脳への取り込みが高いこ

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
18

方法：タウ PET トレーサー［ F］PM-PBB3 を用とが確認された。小脳、皮質、白質のそれぞれをいて得られた PET データ（進行性核上性麻痺（PSP）参照領域として視床下核の Standardized Uptake

および健常者）において、これまで実施してきたValue Ratio (SUVR)を算出すると、皮質を参照領

小脳を参照領域とする方法に加え、新たな参照領

域とした場合、ROC 解析で最も高い AUC が高くな

域の選択法としてヒストグラム法を用いた。PETった。そして健常群での白質の参照領域は、小脳データの信号をヒストグラム表示し、bimodal ガ

比でみた場合、年齢と SUVR が逆相関しているこ

ウシアン分布のフィッティングを実施、皮質およとが確認された。一方、健常群の皮質の参照領域

び白質の信号の低い部分を選択しそれらを参照

は小脳に比して年齢による変化は認めなかった。

領域として評価に用いた。小脳はこれまでのとお皮質を参照領域として視床下核の SUVR を算出し- 182 -

た と こ ろ 、 PSP の 重 症 度 （ PSP rating
scale(PSPRS)）と正の相関が示され、その r 値は小脳を参照領域とした場合よりも高値となった。
D.考察
タウオパチー（PSP）の PET データを用いて皮質、白質、小脳のそれぞれを参照領域として比較検討したところ、皮質を参照領域とした場合に最も良好な結果が示された。PSP においては小脳にもタウが集積することが知られているため、皮質を参照領域とした場合の評価がより安定した可能性もあり、今後は小脳病変が明らかとされていない DM1 において本解析手法が有用であるか、検証が必要であると考えられた。さらに、これまでの DM1 症例は認知障害の程度が軽微であるため、より重度の症状がみられる患者でも検証することが必要であると考えられた。
E.結論
タウ PET イメージングの評価系は、参照領域を工夫することでこれまで以上に正確にタウ病変を描出できる可能性が示唆された。今後は今回開発した手法を DM1 脳に応用することや、認知症の明らかな例での撮像により認知症とタウ蓄積の関連を検討することが必要であると考える。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Tagai K, Ono M, Kubota M, et al. High-Contrast
In Vivo Imaging of Tau Pathologies in Alzheimer’sand Non-Alzheimer’s Disease Tauopathies. Neuron,109(1): 42-58 (2020)

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
なし- 183 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

脳研究に必須な遺伝子改変マウスの系統保存に重要な培養条件の検討
久慈直昭 1）
研究分担者 笹岡俊邦 2），小田佳奈子 2）
研究代表者

1）東京医科大学産科婦人科学分野 2）新潟大学脳研究所
研究要旨2020 年度本研究では、recHA 濃度を 0.1%より増加させると胚発生率が低下する原因を特定し、より高濃度アルブミンでのマウス胚培養を可能とすることを目的として実験を行った。そこで、市販されているヒト体外受精培養液と同様に OA とともに NAT を recHA に加え、加熱滅菌してから培養液を調整してマウス 1 細胞期胚の培養実験をおこなった。
OA 400μM とともに NAT 400μM を加え、その後 recHAを加熱滅菌して培養液を作る系を構築したところ、アルブミン濃度を従来の 0.1％から 0.5%に増加させても胚盤胞発生率が低下しないことが明らかになった。
同一 HSA 濃度・同一 OA 濃度の群にお いて、形A.研究目的ヒト体外受精初期胚培養液のほぼすべてに含態学的には同一で発生速度の異なる（day５とまれる HSA は血漿由来製剤である。混入ウイル

day６）胚盤胞の遺伝子変化を比較する。さらにス不活化 目的の低温殺菌のために、オクタン酸

OA に 暴露した F1 群内部、および F1 と元系統

（以下 OA）
が 600-1200µM 程度添加されており、（C57BL/6N）の雄・雌で戻し交配を行い、F2

血清中の OA 濃度（0.2 μM 程度）と比較して異世代の出生仔の体重・臓 器重量等を観察する常に高い。 本研究は、マウス受精卵が胚盤胞期までの体外培養期間中に OA に高濃度曝露するこC.研究結果とにより、当該 胚およびそれから出生する産仔2019 年より実験開始、まず遺伝子組み換えアの形質や遺伝子にどのような影響を与えるかをルブミン濃度が 1.0%（w/v）では 0.1％に比較し、解析することを目的 とする。

培養液中 OA 濃度にかかわらず 1 細胞期より胚盤胞への発生率が 82.5%から 60%へ低下すること

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

が明らかになった。この原因がアルブミン濃度に（2019 年度）
（OA を含まない）遺伝子組み換え

よ る も の か 、 OA 以 外 に 添 加 さ れ て い る

HSA（以下 recHA）濃度 0.1、0.5、1.0%の培養

N-Acetyl-Tryptophane（NAT）の影響か、それ

液に 0-1200µM までの OA 濃度を 添加、各群にともアルブミンの加熱滅菌の有無による影響か、おける初期胚の発生スピード、胚盤胞到達率を検を確認するため、本年度に胚培養実験を行った。

討する。OA 濃度による発生率の差が最小とな る

培養実験は研究代表者が考案し、これを研究分担

タンパク濃度において、0-1200µMOA 添加培養胚者である笹岡俊邦，小田佳奈子両博士が新潟大学を移植、産仔の出生率と出生後の体重変化を検討

脳研究所においてアルブミン調整、マウス胚培養する。 （2020 年度）各 OA 濃度群で 72 時間に液調整と培養実験をおこなった。

て胚盤胞に達した胚のみについて、１）胚盤胞、その結果、1.0%および 0.5%アルブミン濃度で、

および２）発生した産 仔臓器、における遺伝子

NAT 存在化・OA400μM・NAT400μM 添加群

変化（遺伝子発現、メチル化）を検討する。またでは胚盤胞への発生率がそれぞれ 93%、43%とな- 184 -

った。今後、0.5%濃度で、NAT 濃度を変えずにPatients Contributes to Disease Flares andOA 濃度を変化させて加熱滅菌後のアルブミン添Adverse Pregnancy Outcomes. Dig Dis Sci.

加培養液での発生実験を行い、一定の培養成績が2020 Apr 6.

得られたところで移植実験へ進む予定である。

3: Tsuchida N, Kojima J, Fukuda A, Oda M,
Kawasaki T, Ito H, Kuji N, Isaka K,Nishi H,
Umezawa

D.考察

A,

AkutsuH.

Transcriptomic

当初 2020 年度に予定されていた移植実験は、features of trophoblast lineage cells derived

培養系の確立が遅れたことと、covid-19 感染症蔓from human induced pluripotent stem cells

延によって、遅れている。

treated with BMP 4.

しかし 2020 年度の検討結果から、これまでのPlacenta. 2019 Oct

9;89:20-32

OA を recHA に添加する実験系ではなく、市販されている体外受精培養液と同様 OA とともに NAT を
加え recHA を加熱滅菌して培養液を作る系を構築

2.学会発表することが可能となり、さらに少なくともアルブ（なし）

ミン濃度を 0.5%に増加させても胚盤胞発生率が低下しないことが明らかになった。

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

2021 年度以降、この系で OA 濃度を変化させて胚発生を見るとともに、移植実験を行って胎仔・新生仔発育および胎盤重量の観察を行う予定である。
E.結論
市販されている体外受精培養液と同様 OA
μM とともに NAT

400

400μM を加え、その後 recHA

を加熱滅菌して培養液を作る系を構築し、アルブ
ミン濃度を従来の 0.1％から 0.5%に増加させても胚盤胞発生率が低下しないことが明らかになった。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1: Tezuka A, Shiina K, Fujita Y, Nemoto Y,
Nakano H, Fujii M, Yazaki Y, Yamashita J,
Sakai Y, Kuji N, Nishi H, Chikamori T. Efficacy
ofcombined

estrogen-progestin

hormonecontraception therapy for refractory coronary
spastic angina in very young women. J Cardiol
Cases. 2020 Feb 27;21(5):200-203.
2: Watanabe C, Nagahori M, Fujii T, Yokoyama
K, Yoshimura N, Kobayashi T, Yamagami H,
Kitamura

K,

TakashiK,

NakamuraS,

Naganuma M, Ishihara S, Esaki M, Yonezawa
M, Kunisaki R, Sakuraba A, Kuji N, Miura S,
Hibi T, Suzuki Y, Hokari R. Non-adherence to
Medications in Pregnant Ulcerative Colitis- 185 -（なし）

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

神経変性疾患モデルマウスのヒト疾患との連関
研究代表者
研究分担者

大滝 博和 1）
柿田 明美 2）

1）昭和大学・医学部・顕微解剖学 2）新潟大学脳研究所 病理学分野
研究要旨
Pin1 はアミロイド前駆タンパク質（APP）やタウタンパク質代謝の律速酵素である．報告者は Pin1 KO
マウスの脳に抗 APP 抗体陽性反応を高頻度に認めている．本研究はその実態解明とヒト神経変性疾患との関連を調べた． Pin1 KO の脳をヘマトキシリン・エオジンを始めとした形態染色を行うと APP 陽性反応はエオシン好性視床封入物と一致することを認めた．APP 抗体を用いアルツハイマー病様マウ
スや病患者剖検脳を染色すると老人班に一致して陽性反応が認められたが Pin1 KO とは一致しなかった．さらに，ピック病や C9orf 筋萎縮性側索硬化症患者剖検脳とも異なる反応を示した．しかし筋硬直性ジストロフィーの剖検脳において Pin1 KO と類似した APP 陽性反応が認められた．
この結果は Pin1
KO と筋硬直性ジストロフィーとの関連性を示唆する．
申請者はこのような背景のもと Pin1 遺伝子欠A.研究目的
神経変性疾患は超高齢社会を迎え増加してい損(KO)マウスを用いて脳の加齢変化の研究を行る。しかし，その発症や進展の機構はいまだ十分ってきた。しかしヒトの神経変性疾患とのかかわに解明されておらず，その予防・治療法が明らか

りは全く分かっていない．当該研究は新潟大学脳となっているものはほとんどない。Pin1 はペプチ研究所が所有する脳神経変性疾患に関わる資源

ド結合の cis-trans 回転を触媒する酵素として知の協力を得て，Pin1 遺伝子欠損マウスの病理組織られており，タンパク質のフォールディングに関

学所見とヒト神経変性疾患患者（アルツハイマー

わっている。Pin1 が触媒するタンパク質は多岐に病，筋萎縮性側索硬化症,ピック病，筋ジストロ

およぶが，アミロイド前駆タンパク質やタウタン

フィー等）の組織学的特徴を比較・検討し Pin1

パク質のリン酸化スレオニン（もしくはセリン）欠損マウスの病態がヒトのどのような神経変性とプロリン（pThr[Ser]-Pro）構造のプロリンの疾患に類似するか検討する。

不斉炭素の cis-trans 回転を触媒すること，さらにその触媒がこれらタンパク質の代謝の律速段

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

階であることが明らかとなりアルツハイマー病【ヒトおよび動物使用に関わる倫理的配慮】ヒを始めとする神経変性疾患への関与が示唆され

ト神経変性疾患患者の剖検脳の使用は昭和大学た。その遺伝子欠損マウスは加齢性の神経の異常

医学研究科「ヒトを対象とする研究等に関する倫を呈することが報告されている。さらに，アルツ

理委員会」の承認後，昭和大学医学研究科長の研ハイマー病患者や前頭側頭葉認知症（FTD）の Pin1

究実施許可の後に行った．

のメチル化および酵素活性を調べたところ，アルPin1 KO マウス，APP KI マウスおよびその動物

ツハイマー病患者は Pin1 の活性が高く，FTD は活

実験は，昭和大学 第二種使用等拡散防止措置計

性が低くなっておりヒトにおける認知症へのか

画および昭和大学動物実験計画の機関承認の後かわりも示唆されている。

に実験プロトコールに従い研究を行った．

- 186 -

ヒトの剖検脳はアルツハイマー病，ピック病，において抗 APP（1-14）抗体は大脳皮質の老人班

C9orf 筋萎縮性側索硬化症および筋硬直性ジストに一致して陽性反応を認め，APP KI マウスの大脳ロフィー患者それぞれ 1 例の組織切片を新潟大学

皮質においても類似した陽性反応を認めた．この脳研究所「脳神経病理標本資源活用の先端的共同ことはこの抗 APP（1-14）抗体はアミロイドプラ研究拠点」の支援を受け提供された．

ークに反応することが分かる．しかし，Pin1 KO【マウスの組織切片の作成】においてそのような大脳皮質における反応はほマウスの脳はペントバルビタールの腹腔内投とんど認められアルツハイマー様病態とは全く与による麻酔下にて心臓より生理食塩水に引きい異なることが明らかとなった．そしてピック病，続き 10％中性緩衝ホルマリンの還流固定により

C9orf 筋萎縮性側索硬化症においてもアルツハイ

固定し，情報に従いパラフィン切片を作成した．

マー病とは異なるがそれぞれ陽性反応を認めた【形態染色】

が，Pin1 KO のそれとは異なった分布をしめした．

Pin1 KO マウスから得た脳前額断切片を用いキ

しかし，一方で筋硬直性ジストロフィー患者の視シレン・アルコールによる脱パラフィン後に以下

床において Pin1 KO と類似した核に付随した APPの形態染色を行った．ヘマトキシリン・エオジン

陽性反応を認めた．さらに，この患者の HE 染色（HE）染色，トルイジン青(TB)染色，ルクソール・像を調べたところエオシン好性の視床封入体でファスト青・クレシール紫(LFB-CV)染色，コンゴ

あることが明らかとなった．

ー赤染色，ダイレクト・ファースト・スカーレッ

D.考察

ト 4BS 染色当該研究において報告者は Pin1 KO マウスで認【アミロイド免疫染色】

められる抗 APP 抗体により検出される封入体はエマウス（Pin1 KO，APP KI）および神経変性疾

オシン好性視床封入体であることを認めた．しか患患者剖検脳は脱パラフィンのち，クエン酸緩衝

し，この封入体はアミロイドを検出するコンゴ赤液において抗原の賦活化を行った．その後，過酸やダイレクト・ファースト・スカーレット 4BS 染

化水素による内因性ペルオキシダーゼ活性の不色および偏光レンズによる観察ではできない．こ活性化および 5%正常ウマ血清により非特異的タれはこの封入体はアミロイド蛋白から構成されンパク結合ブロックした．その後，ウサギ抗 APP

るがベータシート構造を呈していない可能性を（1-14）抗体（abcam）を用い反応し，Biotin 化示唆する．また，このアミロイド陽性視床封入体

ヤギ抗ウサギ IgG 抗体にて検出した・

は硬直性筋ジストロフィー患者でも高度に認めC.研究結果られる．これまで申請者は Pin1 KO が認知機能・老齢の Pin1 KO マウスに増加する APP 陽性反応

社会性・落ち着きなどに障害があることは認めてを形態染色を用い特性を調べた．その結果，このいるが，硬直性筋ジストロフィーとの関連は全く陽性反応と一致して視床の神経細胞の核に付随認められておらず，報告もない．今後，本疾患患して HE 染色でエオシン好性が認められた．これ者の剖検脳の例数を増加し再現性を調べるととらは TB 染色で陰性もしくは非常に弱く，LFB-CV

もに Pin1 KO が硬直性筋ジストロフィー患者の表で髄鞘染色に類似した明るい青を呈した．しかし，現型との相違性を調べ，Pin1 の欠損もしくは Pin1

アミロイド染色であるコンゴ赤およびダイレク

酵素活性の低下が及ぼす硬直性筋ジストロフィ

ト・ファースト・スカーレット 4BS 染色では反応

ーとの関連を明らかにしていきたい．

を認めなかった．さらにこれらの切片をアミロイ

E.結論

ドを検出可能な偏光レンズで観察して検出され当該研究の結果，Pin1 KO で認められる視床 APPなかった．これらの特徴はヒトの視床に増加する

陽性反応はエオシン好性視床封入体であること

エオシン陽性視床封入体と一致した．そこで，抗が明らかとなった．これは筋硬直性ジストロフィ

APP（1-14）抗体を用いてアルツハイマー病様病

ーの病態を関連する可能性を示した．

態を示す APP KI マウスと新潟大学脳研究所からF.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表該当なし

分与された各種ヒト神経変性疾患の剖検脳を用いて免疫染色を行った．アルツハイマー病患者脳2.学会発表- 187 -

1. 大滝博和，田中優希，内田隆史，桐山恵介，本田一穂．Pin1KO マウスにおける視床に増加する β アミロイド陽性反応の経時的解析．第 125 回日本解剖学会総会・全国学術集会（オンライン）
2020/3/25～27
2. 大滝博和, 田中優希, 内田隆史, 吉川輝, 小野 賢二郎, 本田 一穂．Pin1 遺伝
子欠損マウスは視床核にアミロイド封入体が増加する．第 43 回日本神経科学大会（オンライン）2020/7/29～8/1
G.知的財産権の出願・登録状況
該当なし- 188 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

統合失調症モデルザルの脳病理学的変化の研究
研究代表者 中村 克樹 1）
研究分担者 柿田 明美 2），那波 宏之 2）
1）京都大学霊長類研究所 2）新潟大学脳研究所
研究要旨
統合失調症の発症には遺伝的要因だけではなく、サイトカインの異常が関与していることが示唆されている。新生児期サイトカイン曝露により精神疾患モデルマーモセットを京都大学霊長類研究所で作出してきた。新生児期サイトカイン曝露された個体では、成獣になったばかりの頃に、およそ５０％の個体で何らかの行動異常が観察される。観察された行動異常としては、多動やアイコンタクトの異常がある。
さらに、前頭葉の機能を必要とする認知課題の成績低下などがみられている。本研究では、疾患モデル
マーモセットの脳組織の異常の有無を検討することにより、疾患モデルの妥当性の評価および病態解明を目指す。今年度は、１頭のサイトカインを新生児期に暴露したコモンマーモセットの脳組織を検索したが、明らかな神経変性や新旧の炎症像、あるいは組織破壊像は認められなかった。
A.研究目的B.研究方法（インターフェロン治療や感染などを契機とした

新潟大学脳研究所では京都大学霊長類研究所

サイトカインへの曝露により、様々な精神症状がから送った、固定された後の脳サンプルを用いて、出現することや、統合失調症患者の死後脳でサイ組織を検索する。よって、動物実験の実施はない。

トカイン発現の異常が見られることから、統合失疾患モデル作出に関しては、京都大学において動調症の発症には遺伝的要因だけではなく、サイト

物実験委員会の審査を経たのち、京都大学総長のカインの異常が関与していることが示唆されて承認を得て、関連法規を遵守しながら実施した。

いる。これまでに新潟大学の那波教授の指導のも

今年度は、行動評価や脳機能評価を実施したコと、新生児期サイトカイン曝露により精神疾患モ

モンマーモセット１頭（新⽣児期に EGF を投与しデルマーモセットを京都大学霊長類研究所で作た個体）の脳を、４％パラホルムアルデヒドで灌出してきた。新生児期サイトカイン曝露された個体では、成獣になったばかりの頃に、およそ５０％の個体で何らかの行動異常が観察される。観流固定した後に、冠状面切片を作製した。その後、ヘマトキシリン・エオジン染色、クリューバー・

察された行動異常としては、多動やアイコンタク

バレラ染色、抗 GFAP および抗 TH 抗体で免疫組トの異常がある。さらに、前頭葉の機能を必要と

織化学染色を実施してもらった。
今年度の個体は、行動学的には異常行動は確認する認知課題の成績低下などがみられている。本
研究では、行動や脳機能の評価が終了した疾患モされていない個体であった。

デルマーモセットにおける脳組織の異常の有無の検討を、新潟大学脳研究所の柿田教授のご協力

C.研究結果の下実施することにより、疾患モデルの妥当性の

大脳、小脳、脳幹の神経細胞配列に特に異常所評価および病態解明を目指す。

見を見出せなかった。神経細胞脱落は明らかでは- 189 -

なく、反応性アストロサイトーシスも惹起されている部位を指摘できなかった。TH陽性神経細胞数は十分観察された（対照との比較はおこなっていない）。左大脳半球の脳梁体直下に、小さな⽯灰化層が認められた。対側には認めず。病的意義は不明。
D.考察
この１頭の脳には、少なくとも、明らかな神経変性や新旧の炎症像、あるいは組織破壊像は認められなかった。この個体は明らかな⾏動異常が観察されていなかったため、今後は行動異常を示した個体での検索を実施する。また、より詳細は分⼦の発現動向や機能的解析が必要かもしれない。
E.結論
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なし
2.学会発表なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
なし- 190 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

脳腫瘍の原因遺伝子変異を特異的に抑制する siRNA 核酸医薬品開発研究代表者 程 久美子 1）
研究分担者 藤井 幸彦 2）

1）東京大学・大学院理学系研究科・生物科学専攻 2）新潟大学・脳研究所

研究要旨
小児の髄芽腫は小児脳腫瘍の中でももっともよく発生する悪性脳腫瘍のひとつである。近年の次世代シークエンス法を用いたゲノム解析技術の進展により、髄芽腫には WNT シグナル経路や SHH シグナル経路が関与するグループと、それらとは異なるグループである Group 3, Group 4 髄芽腫という４グループがあることがわかった。本研究では、それぞれのグループにおいて１塩基の変異が入ることによって、がんドライバー遺伝子として作用する遺伝子を選定し、変異型遺伝子を正常型遺伝子と区別して特異的に抑制できる siRNA の開発をおこなった。その結果、WNT 髄芽腫の原因遺伝子である CTNNB1、およびGroup 4 髄芽腫の原因遺伝子である ZMYM3 に対する siRNA は、変異型遺伝子は極めて特異的に抑制するのに対し、正常型遺伝子に対する抑制効果はほぼ認められなかったことから、特異的治療薬の候補と考えられた。

A.研究目的のアミノ酸のコドンの 1 番目の塩基はアデノシン

小児髄芽腫の発症には神経発生に関わる WNT シグであるが、グアノシンへと変異しているものが極ナル経路や SHH シグナル経路の異常が関与する。

めて多い。そのため、トレオニンがアラニンへと分子遺伝子診断に関する近年の研究の進展により、 変異して遺伝子機能に異常が生じ、髄芽腫形成の
その原因遺伝子が特定されてきた。本研究では、原因になっている可能性が示唆されている。申請

それらのがんドライバー遺伝子を脳研で保有する者らは、先行研究で「よく効く siRNA を選択す

病理標本を用いて明らかにし、対応する特異的なるための配列上の規則性」を明らかにした。しか

抑制効果を示す siRNA を開発し、さらに脳研で樹し、変異が入った CTNNB1 だけを正常型と区別し立された腫瘍細胞株に対する有効性を検討する。

て抑制しようとする場合、このような従来型の方法に基づいた配列設計は不可能である。そこで、B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
本研究では、WNT, SHH, Group 3, Group 4 髄芽腫

本研究では申請者らのこれまでの siRNA 開発におで、遺伝子変異が顕著にみられる遺伝子の中から

CTNNB1 を特異的に抑制する siRNA の新たな設計

特に WNT 髄芽腫では CTNNB1 と TP53、SHH 髄芽法を構築する。(1)まず正常型と変異型 CTNNB1 は腫では SMO, MYCN, TP53、Group3 髄芽腫では区別できないが、両者を同時に抑制し、他のすべ

SMARCA4 と MYC、Group 4 髄芽腫では ZMYM3 遺伝子てのヒト遺伝子に対しては抑制作用のないに着目する。これらの遺伝子は、がん細胞におい

CTNNB1 特異的 siRNA を選択する。(2)次に個別て極めて特異的な塩基に変異が誘発されることがの変異型 CTNNB１遺伝子を正常型と区別して抑制

わかっている。たとえば CTNNB1 の場合、41 番目

する siRNA を開発する。(1)と(2)に関しては、ける知見を駆使して、従来法に依存せず、変異型- 191 -

アッセイ系としてレポーター遺伝子を用いる。さ討することで、核酸医薬品としての開発につなげらに、CTNNB1 変異に対応する siRNA を導入し、ることが可能と考えられた。

正常型と変異型 CTNNB1 遺伝子の mRNA を区別して定量することで内在遺伝子に対する効果も確認する。さらに、siRNA を導入した細胞から total RNAを抽出し、マイクロアレイや RNA シークエンスをF.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表該当なし。

行うことで、CTNNB1 以外の遺伝子に対するオフ

2.学会発表1. 程 久美子、RNA 干渉の分子機構解明と特異的 siRNA 分子設計法に基づく応用的手法の開発、東京医科大学・大学院
特別講義・神経発生セミナー(2020.12.17) ＠東京医科大学＆Zoom
2. 程久美子、RNA 干渉の分子機構解明にもとづく siRNA 配列設計法の開発、東京理科大学 核酸創薬研究部門 第 3 回シンポジウム (2020.12.5) Zoom 開催
3. 程久美子、核酸医薬品による神経難病治療〜開発から実用化、今後の展望〜、Oligonucleotide Therapeutics Seminar
神経難病治療の最前線 (2020.11.24)
Online4. 程久美子、個別化医療のための次世代型 siRNA 分子設計、第 9 回中分子創薬に 関 わ る 次 世 代 産 業 研 究 会 IMD2(2020.9.11) Online
5. 程久美子、RNA 干渉の分子機構と siRNA
分子設計、第 27 回 HAB 研究機構学術年会「モダリティの多様性を支える創薬研究、基盤技術」(2020.9.3) Online

ターゲット効果の影響をゲノムワイドに解析する。
同様の方法を他の遺伝子に対しても実施し、将来的にはがん細胞を導入したマウス個体でのCTNNB1 siRNA の有効性を確認し、医薬品としての可能性を検討する。
C.研究結果
小児髄芽腫のドライバー遺伝子の中で、WNT 髄芽腫における CTNNB1 と TP53、SHH 髄芽腫の SMO,
MYCN, TP53、 Group 3 髄芽腫の SMARCA4 と MYC、Group 4 髄芽腫の ZMYM3 遺伝子において１塩基の変異が入った遺伝子のみを抑制し、正常型は抑制
しない siRNA の配列設計をそれぞれおこなった。
その結果、ZMYM3 と CTNNB1 に対する siRNA は、変異が入った遺伝子は極めて特異的に抑制されるのに対し、正常遺伝子にはほぼ抑制効果が認められなかった。一方で、MYCN と SMO に対する
siRNA は、正常型の抑制効果は弱かったが、変異型の抑制効果もあまり強くなかった。また、
SMARCA4 に対する siRNA は、変異型はよく抑制していたが、正常型にも抑制効果が見られた。

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得2021 年 1 月 16 日申請予定

D.考察
MYCN と SMO に対する siRNA は小児髄芽腫に対す
る siRNA 核酸医薬品として有用である可能性がある。これらの siRNA の投与によって小児髄芽腫由来の細胞の増殖が抑制されるかどうかを検討する必要がある。
E.結論
本研究で開発した、少なくとも MYCN と SMO に対する siRNA は１塩基の違いを区別して変異型遺伝
子のみを特異的に抑制可能であることが明らかとなった。
MYCN と SMO 遺伝子の作用機序を脳研で保有する病理標本を用いて明らかにし、開発した siRNA の有効性を脳研で樹立された腫瘍細胞株を用いて検- 192 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

疾患モデル動物の作製、保存、繁殖に関する最先端技術の開発

研究分担者

研究代表者 竹尾 透 1）
中尾 聡宏 1），中川 佳子 1），笹岡 俊邦 2）

1）熊本大学生命資源研究・支援センター資源開発分野, 2）新潟大学脳研究所動物資源開発研究分野
研究要旨
近年、ゲノム編集技術の進歩により、様々な動物種で遺伝子改変動物の作製が可能となった。特にラットは、マウスと比較し、脳の高い認知機能、よりヒトに近い代謝経路、同所移植が可能な臓器サイズを持つ等の特徴から、疾患モデル動物として遺伝子改変ラットの作製が急速に進んでいる。しかしながら、遺伝子改変ラットを効率的に作製、保存、繁殖するための生殖工学技術は未だ確立されていない。そこで本研究では、ラット生殖工学技術の確立を目指し、これまで凍結が極めて困難であった
ラット精子に対する凍結保存法および体外受精法の開発を行った。本研究では、凍結前にラット精子を 0℃で十分に予冷することで、融解後も高い運動性、受精能を有した精子の凍結保存に成功した。
本研究により開発された凍結保存技術は、遺伝子改変ラットの系統保存技術として、疾患モデルラッ
トの作製、保存、繁殖に関するグローバルスタンダードとなることが期待できる。

り採取し、卵子は幼若雌ラット(SD)より採取した。

A.研究目的近年、ゲノム編集技術の目覚ましい進歩により、精子の凍結保存液は、中務らの方法を参考とした

マウスのみならず様々な動物種で遺伝子改変動(Reproduction 2001)。ラット精子は、保存液中物の作製が可能となった。特にラットは、生理試へ採精後、氷上(0℃)で十分に予冷を行った後に、験、薬理試験、行動解析などで、広く利用されて液体窒素を用いて凍結保存した。

おり、ヒト疾患モデル、創薬・毒性ヒト代謝モデ

凍結・融解後の精子の運動性を、運動性解析装

ル、脳機能行動解析モデルおよび再生医療移植モ

置を用いて評価した。また、凍結精子の受精能を、

デル等の遺伝子改変ラットが急速に作製されつ体外受精により評価した。さらに、体外受精によつある。

り得られた二細胞期胚は、体外培養による発生率

遺伝子改変ラットの効率的な作製、保存、繁殖および胚移植による産子率を評価した。体外培養のためには、生殖工学技術の利用が有用であるが、により得られた胚盤胞および、胚移植により得ら

体外受精や配偶子の凍結保存法など、種々の生殖れた産子は、GFP の陽性率を評価した。なお、本

工学技術の開発は進んでおらず、未だ確立の域に研究は、熊本大学動物実験委員会の承認を得て実は達していない。そこで本研究では、疾患モデル施した。

ラットの効率的な作製、保存、繁殖を可能とする
生殖工学技術の開発を目指し、ラット精子の凍結

C.研究結果保存法および体外受精法の開発を行った。

凍結精子は、新鮮精子と比較し運動性および直進運動性の低下が認められた。しかしながら、その他の精子運動性パラメータの低下は認めらな

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
精子は成熟雄ラット(SD-Tg(CAG-EGFP)4Osb)よかった。凍結精子は、新鮮精子と比較し体外受精- 193 -

2. 熊本大学 CARD におけるラット各種系統

における受精率の低下が認められたが、受精率80%以上の高い受精能を示した。体外受精によりの体外受精について得られた二細胞期胚は、体外培養により正常に胚第 67 回日本実験動物学会総会 2020 年 5

盤胞へと発生し、胚移植により正常に産子へと発月 23 日
3. 熊本大学生命資源研究・支援センターに生した。また、胚盤胞および産子の半数から GFP

おけるラット有償バンクシステム

陽性が確認できた。

第 67 回日本実験動物学会総会 2020 年 5月 23 日

D.考察

4. ラット生殖工学技術の開発

本研究では、ラット精子を凍結する前に、十分な予冷を行うことで、融解後も高い運動性および第 14 回ラットリソースリサーチ研究会

受精能を有したラット凍結精子の作製に成功し2021 年 1 月 29 日

た。さらに胚移植により凍結精子由来胚からの個体作製も可能となったことから、効率的な遺伝子

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

改変ラットの作製、保存に有用であると考えられ

1.特許取得る。今後、各種系統ラットの凍結精子の作製法、出願中

体外受精法に関しても検討を進めていく予定である。

2.実用新案登録
該当なし
3.その他
該当なし

E.結論
本研究により開発されたラット精子凍結保存
技術は、世界中で作製されている遺伝子改変ラットの系統保存技術として大きく貢献すると共に、疾患モデルラットの作製、保存、繁殖に関する先端技術として急速に普及し、グローバルスタンダードとなることが期待できる。また、当センター
では本研究成果をもとにラットバンク事業を開始した。今後も、さらなるラット生殖工学技術の開発に取り組むことで、ラットを利用した生命科学研究に積極的に貢献していきたい。
F.研究発表1.論文発表1. Nakagata

N,

Mikoda

N,

Nakao

S,

Nakatsukasa E, Takeo T. Establishmentof sperm cryopreservation and in vitro
fertilisation protocols for rats.
Scientific Reports.
https://doi.org/10.1038/s41598-01957090-7
2.学会発表1. 凍結精子を用いた遺伝子改変ラットの体外受精について第 67 回日本実験動物学会総会 2020 年 5月 23 日- 194 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

筋萎縮性側索硬化症におけるイノシトール 6 リン酸キナーゼの役割

研究分担者

研究代表者 永田 栄一郎 1）
柿田 明美 2），水間 敦士 1），中山 平 1）
，伊藤 誠敏 1），藤井 奈津子 1）

1）東海大学医学部内科学系神経内科 2）新潟大学脳研究所病理学分野
研究要旨
イノシトールリン酸は、生体内に広く存在し、生物活性を示す分子で、様々な生命現象を引き起こすことが知られている。しかし、イノシトール 6 リン酸（IP6）や 7 リン酸（IP7）に関してはその役
割は十分に解明されていない。研究申請者らは、この IP6、IP7、IP6 を IP7 にリン酸化する酵素であるイノシトール 6 リン酸キナーゼ（IP6K）と神経変性疾患との関連を研究してきた。特に IP6K は中枢神経系に多く存在し、ハンチントン病や筋萎縮性側索硬化症（ALS）で活性が上昇しており、神経細胞死を促進していることを明らかとした。しかし、生体内の IP6、IP7 を定量的に測定することは不可能であったが、近年、我々はその測定法を確立した。そこで、ALS において、IP6、IP7 を測定および機能解析することにより、新たな ALS 病態メカニズムの解明および疾患特異的バイオマーカーの可能性につき検討する。
過塩素酸で分離して、TiO2 ビーズを添加して、A.研究目的
本研究の目的は、筋萎縮性側索硬化症（ALS）

TiO2 ビーズにイノシトールリン酸を吸着させて、患者の脊髄において、IP6、IP7 を我々が開発した

10%アンモニア水でイノシトールリン酸を溶出し質量分析の手法を用いて定量測定を行い、コント

た後のサンプルを親水性相互作用クロマトグラ

ロール検体と比較検討する。この測定方法により

フ

世界で初めて IP6、IP7 定量測定ができるように

chromatography：HILIC）カラムを用いて LC/MSなった。それにより、IP6、IP7 の比率を計算して、分析を行う。それにより、微量な IP6、IP7 を定我々が、培養細胞実験や動物実験で報告してきた量測定する。既に研究申請者らは ALS 患者の血液、結果と合致するかを検討する。その結果、ALS の髄液検査、剖検脳、脊髄に関して東海大学倫理委

神経細胞死に IP6 を IP7 にリン酸化する酵素の員会の承認を得ている（承認番号：10R-010）。こIP6K が関与していることを明らかとする。

れにより ALS 患者の IP6、IP7 とコントロールと

ィ

ー

（

比較検討する。
B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
IP6、IP7 の測定に関しては、研究申請者らが独自に開発した方法で定量測定を行う（J Chromatogr

C.研究結果A, 2018）。各サンプルをホモジェネートした後に- 195 -

Hydrophilicinteraction

ントロールの値より高値を示しているという結果の裏付けとなった。また、IP7/IP6 の増加により、
IP6 を IP7 にリン酸化する IP6 キナーゼ（IP6K）の活性化が起こっており、このことより IP6、IP7、
IP6K は、ALS 病態に深く関与していることが、以前の我々の培養細胞の研究結果などからも推察され、さらに ALS 診断バイオマーカーとなりうる可能性が示唆された。今後さらなる症例の追加を行い、より鮮明に IP6、IP7、IP6K の ALS 病態への関与を確立していく必要がある。
E.結論
IP6、IP7 は、ALS 病態に深く関与しており、ALSの重要な新たな神経細胞死メカニズムの一端をなしており、今後 IP6、IP7 を標的とした創薬開発も期待される。
現在、コントロール 5 例（年齢 70 歳前後）、ALS
患者 6 例（年齢 70 歳前後）の凍結脊髄サンプル（胸髄）のイノシトール 6 リン酸（IP6）、7 リン酸（IP7）、8 リン酸（IP8）を測定中した。コンF.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表
本年度はなし。

トロールと比較して ALS 患者で、IP7、IP8 の値が2.学会発表有意に高値であった。また、IP6 と IP7 の比率

本年度はなし。

（IP7/IP6：IP6 から IP7 への生成量）でも ALS 患者で有意に高値を示した（図 1.）（未発表データ）。
検体に関しては、新潟大学脳研究所・病理学分G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得野 柿田 明美教授のご紹介で、今回は日本ブレ
インバンクネット（JNNB）の村山繁雄

先生（元：東京都健康長寿医療センター・神経内科・高齢者ブレインバンク・神経病理・部長；現：大阪大学大学院医学系研究科・神経内科学講座・特任教授）、齋藤祐子「試薬中のイノシトール 7 リン酸の定量方法」（特願 2018-129423）（出願人：東海大学；発明者：
伊藤誠敏、永田栄一郎、藤飯奈津子）（出願日：2018 年 7 月 6 日）

先生（東京都健康長寿医療センター・老年病理学研究チーム(神経病理学)
研究部長）、および高尾 昌樹 先生（国立精神・神経医療研究センター・臨床検査部長）より供給して頂いた。
D.考察
今回の ALS 患者脊髄と神経疾患以外で亡くなられたコントロールの脊髄において、ALS 患者では、
IP7、IP8、ならびに IP7/IP6 が有意にコントロー
ルと比較して高値を示したこの結果は、以前の我々の報告より ALS 患者末梢血中の IP6、IP7、さらには IP7/IP6 が、年齢をマッチさせた健常者コ- 196 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

ヒト特異的な脳細胞は果たしてあるのか？
シングルセル比較トランスクリプトーム・エピゲノム解析
郷 康広 1）
研究分担者 柿田 明美 2），那波 宏之 3）
研究代表者

1）自然科学研究機構 生命創成探究センター 認知ゲノム研究グループ 2）新潟大学 脳研究所 病理学分野 3）新潟大学 脳研究所 分子神経生物学分野
研究要旨
ヒトとヒトに最も近縁な類人猿の死後脳を用いたシングルセルトランスクリプトーム・エピゲノム解析を行うことで，ヒト脳の特異性を担保する「ヒト特異的脳細胞」を同定することを目的とした．
令和 2 年度は新型コロナウイルスの世界的蔓延とそれに伴う共同研究が大幅な制約を受けたため，新規の死後脳試料の収集を行うことができなかった．しかし，マウスや小型霊長類のマーモセットの脳試料を用いて，凍結脳試料にも適用可能な細胞核からのシングルセルトランスクリプトーム・エピゲ
ノム解析のための実験プロトコルの最適化，解析細胞核数およびサンプル数の大幅なスループット向
上に向けたプロトコル開発を進めた．令和 3 年度は，それらをヒトおよび類人猿の死後脳試料に用いて，研究を強力に推進する予定である．

ガザル）の死後脳 3 領域（大脳前頭前野，海馬，

A.研究目的シングルセルトランスクリプトーム・エピゲノ

小脳）を用いて，DAPI または 7-AAD 陽性細胞核ム解析技術を用いることで，一度の実験で数万のをフローサイトメトリーにより回収を行い，10x

単一細胞の個性を定量化することが可能になり

Genomics 社 Chromium システムを用いたシングル

つつある．それらの技術を用いたヒトとマウスの核 ト ラ ン ス ク リ プ ト ー ム 解 析 （ single-nucleus

大脳皮質のシングルセル比較発現解析から，ヒト

RNA-seq ） お よ び ク ロ マ チ ン 解 析 （ single-cell

特異的な抑制性神経細胞が同定されつつある．本

ATAC-seq）を行う．ヒトと類人猿 4 種の死後脳 3

研究では，ヒトと類人猿の死後脳複数脳領域を対領域からそれぞれ 1 万細胞核に相当する発現情報象としたシングルセル比較トランスクリプトーとクロマチン状態に関する情報を取得する．得ら

ム・エピゲノム解析をおこなうことにより，ヒトれた情報をもとにノンパラメトリック次元削減

脳の特異性を担保する「ヒト特異的脳細胞」を同法である UMAP 法による次元削減と可視化，教師

定することに挑戦する．

なし学習によるクラスター分類をおこない，類人
猿には認められないヒト特異的脳神経系細胞が存在するかどうかを明らかにする．そのような細B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
ヒトと類人猿の死後脳から単一細胞核の調整

胞の存在が認められた場合，それらの細胞集団をを行い，核内転写産物（トランスクリプトーム）

規定する発現マーカ遺伝子を同定し，ヒト死後脳およびクロマチン状態（エピゲノム）の計測を行および比較対象としてチンパンジー死後脳のスう．具体的には，ヒト 3 検体と類人猿 4 種 8 個体

ライス標本を用いた in situ ハイブリダイゼーショ（チンパンジー，ゴリラ，オランウータン，テナ

ン法および免疫組織化学的手法を用いて，該当細- 197 -

胞集団の局在や形態的・解剖学的特徴を明らかに度は達成できなかった．そのため，ヒト死後脳，する．

類人猿死後脳を用いた研究に関して進展の遅れ

ヒトの死後脳に関しては脳研究所が保有するが見られる．

凍結脳標本から，類人猿死後脳に関しては，ナショナルバイオリソースプロジェクト大型類人猿

D.考察

情報ネットワーク（GAIN）の下で京都大学霊長新型コロナ感染拡大のため，令和 2 年度は新規

類研究所が保有する凍結脳標本から試料の採取の死後脳試料の収集ができなかった．しかし，マを行う．ヒト脳試料に関しては，自然科学研究機

ウスやマーモセットの脳試料を用いたシングル

構および新潟大学において「人を対象とする医学

セルトランスクリプトーム・エピゲノム解析に関系研究に関する倫理指針」および「ヒトゲノム・する実験と解析手法の最適化と解析対象細胞核

遺伝子解析研究に関する倫理指針」の承認を得て

およびサンプル数のハイスループット化に関し研究を行う．類人猿脳試料に関しては，京都大学て開発を進めることができた．

霊長類研究所共同利用研究の制度のもと，物質移動合意書（MTA）を交わした後，研究に用いる．

E.結論
令和 2 年度に開発・最適化を行った実験系を用
いて令和 3 年度にヒトおよび類人猿死後脳を用いC.研究結果ヒトや類人猿は実験動物ではないため，新鮮なた実験を推進する．

生細胞を得るための脳試料を入手することが難しい．そのため，シングルセル解析に通常用いられる生細胞ではなく，凍結試料でも使用可能と考えられている細胞核を用いたシングル核解析のF.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表
1. 該当なし

実験プロトコル・解析パイプラインを構築する必2.学会発表要がある．令和 2 年度は，マウス凍結脳を用いた

1.

脳組織分散，細胞核の単離，シングル核トランス

郷康広，辰本将司，石川裕恵「ヒトとチンパンジーの選択的スプライシングのクリプトーム解析用ライブラリ作成，シーケンス，

多様性解析とその脳内表現」第 36 回日

情報解析の各ステップの最適化を行った．その結本霊長類学会，2020 年 12 月，オンライ

果，一度の実験で一つのサンプルから約 1 万細胞

ン開催

核分の発現情報を得るプロトコル・パイプラインを構築することができた．また，生物学的反復実験（biological replicate）数を増大させるために，

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

複数のサンプルを事前のタグ付けすることなし

1.特許取得

に，解析的に個体の変異情報から区別するための該当なし

情報解析手法を構築した．このことにより，コス2.実用新案登録

トの増大なしに生物学的反復実験数（＝サンプル該当なし数）を増やすことが可能となり，より頑強な統計解析を行うことが可能となった．さらに，解析対
象細胞（核）数を約 20 倍向上させるためのプロ
トコルを開発し，予備実験を行うためのプロトコルの検討を行った．
一方で，令和 2 年初頭からの新型コロナの世界的蔓延に伴う所属機関（自然科学研究機構）および関係機関（新潟大学脳研究所，京都大学霊長類研究所）における感染拡大防止措置等による大幅な研究制限のため，死後脳試料の収集が令和 2 年- 198 -

3.その他
該当なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

脳神経筋疾患モデルマウスにおける超過剰排卵誘起処理と反復採卵による系統保存システムの開発

研究分担者

研究代表者 高橋 利一 1）
笹岡 俊邦 2），後藤 元人 1），横山 峯介 1）,保田 昌彦 1）

1）公益財団法人 実験動物中央研究所、2）新潟大学 脳研究所 生命科学リソース研究センター
研究要旨
遺伝学的に均一な疾患モデルマウス系統の維持生産では兄妹交配が用いられている。しかし、生殖系列細胞で発生するゲノム変異に対し、その変異の蓄積により発生する遺伝的浮動(ジェネティックドリフト)への対策は重要な課題である。そこで本研究では「1 ペアからできるだけ多くの系統保存胚をストックするシステム」を目指し、超過剰排卵誘起法、反復採卵法を駆使し、採卵システム構築する。
反復採卵処置技術の確立のための外科的処置採卵後の卵管切開の再付着の検討をおこなった。外科的処置採卵後の卵管切開痕の自然治癒には 8 週間は必要であった。また注射三種混合麻酔下での採卵した卵子は死滅卵子が多く、胚移植後の着床率ならびに産仔率も低下することがわかった。今後は、接着剤塗布
法や採卵時の手技を工夫し、反復採卵処置技術の確立を目指すとともに過剰排卵誘起法との併用で
B6-mdx の系統保存胚作成で実地検証をおこなう。
A. 研究目的

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

脳神経筋疾患の研究者に、遺伝的に均一なモデ

反復採卵処置技術の確立のための検討

ル動物を効率的かつ確実に頒布するシステムを

1．外科的処置採卵後の卵管切開の再付着の検討

構築することは、研究推進に極めて重要である。

MCH（ICR）19-27 週齢雌マウスを用い、過剰排

近交系の脳神経筋疾患モデルマウスの維持生産

卵処置(5IU eCG – 5IU hCG)後、三種混合麻酔下において、継代中にランダムに発生するゲノム変で、背部を切開し、卵管膨大部にマイクロ剪刀で異とその蓄積により発生する遺伝的浮動(ジェネ

切れ込みをいれ、卵丘卵子複合体(COC)を採取し、ティックドリフト)への対策は、均一な実験動物

排卵数をカウント後、体外受精により受精率を算の生産供給を継続するために重要な課題である。

出した。その後、2、4、6、8 週間後に再度、過剰米国のジャクソン研究所においては、卵巣体外培

排卵処置をおこない、頸椎脱臼による安楽死後、養など生殖工学技術を駆使し、「1 ペアからできる

上記同様、排卵数、受精率を算出した。

だけ多くの系統保存胚をストックするシステム」
を考案し、ジェネティックドリフト対策をおこな

2．組織接着剤を使用した手術後の卵管切開の再

っている。

付着の検討

本研究では、遺伝的に均一なモデル動物の効率

MCH（ICR）12-14 週齢雌マウスを用い、過剰排的かつ確実な作出と研究者への頒布のため、過剰卵処置(5IU eCG – 5IU hCG)後、三種混合麻酔下

排卵誘起法に反復採卵を組み合わせる事によりで、背部を切開し、卵管膨大部にマイクロ剪刀で課題解決を目指す。ジャクソン研究所システムも切れ込みをいれ、卵丘卵子複合体(COC)を採取し、並行して実施し、効率比較や統合した採卵システ

排卵数をカウント後、体外受精により受精率を算ム構築を目的とする。

出した。卵管膨大部の切開部に組織用接着剤(ダ- 199 -

ーマボンド、アロンアルファ A)を塗布し、コラーがみられた。

ゲン繊維シートで覆った。その後、2 週間後に再採卵卵子の受精率は、コントロールで 96.3％、過度、過剰排卵処置をおこない、頸椎脱臼による安剰排卵後切開をせず、2 週間後に再度過剰排卵を楽死後、上記同様、排卵数、受精率を算出した。

したものは 89.9％、ダーマボンドで 95.2％、ア
アロンアルファで 54%、アロンアルファ+コラーゲ
ンシートダーマボンドで 67.6％とアロンアルフ

3．注射麻酔下採卵卵子の死滅卵母細胞の確認
先行論文で、吸入麻酔より注射麻酔下の採卵でァは、受精率は低値を示した。

は死滅卵子が多いとの報告があったので、MCH（ICR）19-21 週齢雌マウスを用い、過剰排卵処置

3．注射麻酔下採卵卵子の死滅卵母細胞の確認(5IU eCG – 5IU hCG)後、三種混合麻酔下で、採採卵卵子を正常、断片化、死滅に分類した。

卵し、排卵卵子における死滅卵子数と断片化卵子

それぞれコントロールでは、34.5 個、20 個、0.5数をカウントした。

個に対して、麻酔下採卵では、38.2 個、16.2 個、6.3 個と死滅卵子が多い傾向がみられた。

4．注射三種混合麻酔下採卵卵子での産子率1.で作出した頸椎脱臼安楽死後採卵した卵子

4．注射三種混合麻酔下採卵卵子での産子率からの受精卵(コントロール)と三種混合麻酔下

胚移植後の着床率ならびに産子率は、それぞれで採卵した卵子からの受精卵(麻酔下採卵)を偽

コントロールで 88.2%と 64.7％に対して、麻酔下妊娠マウスの卵管へ胚移植し、新生児への発生率

採卵では、63.9％と 41.7％と低い傾向がみられた。

と着床率を算出した。
D.考察
外科的処置採卵後の卵管切開痕の自然治癒にC.研究結果1．外科的処置採卵後の卵管切開の再付着の検討

よる再付着には、8 週間後では、切開痕も塞がり、採卵間隔は、1 度目から 2，4，6 週間後では、コントロールと同様の排卵数採取が可能であっ卵管膨大部に排卵卵子はほとんど見られなかったことから、8 週間は必要であることがわかった。

たが、8 週間後では 75％で排卵卵子がみられた。

組織接着剤を使用した手術後の卵管切開痕の再雌 1 匹当たりの排卵数は、安楽死後のコントロ

付着は、アロンアルファでコントロールと同等程

ールでは 14 個、麻酔下では 16.6 個、8 週間後の度の採卵が可能であったが、アロンアルファで採

2 度目採卵では 20 個と、8 週間後の 2 度目採卵で卵した排卵卵子の体外受精率は低値を示した。こもコントロール等と遜色なく採卵出来ることがれよりアロンアルファの接着効果は高いが、体外分かった。採卵卵子の受精率は、コントロールで受精には負の影響があるのかもしれない。

92.9%、8 週間後の 2 度目採卵で 96.7％であった

先行論文同様、注射三種混合麻酔下で採卵した卵のに対して、麻酔下採卵卵子は 58.6％と低いこと

子は死滅卵子が多く、また胚移植後の着床率ならが分かった。

びに産仔率もコントロールよりも 20%も低値を示した。これは注射三種混合麻酔下では採卵操作時

2．組織接着剤を使用した手術後の卵管切開の再間が長くなることで卵子への悪影響があり、それ付着の検討により死滅卵子が多くなり、産子への発生率も低

卵管 膨大部 での 排卵卵 子は ダーマ ボン ドの下したのだと考えられる。

33.3%よりアロンアルファの 50％の方が、多く見られた。雌 1 匹当たりの排卵数は、安楽死後のコ

E.結論

ントロールで 35.6 個、過剰排卵後切開をせず、2

外科的処置採卵後の卵管切開痕の自然治癒に週後に再度過剰排卵をしたもので 34.6 個、アロは 8 週間は必要である。注射三種混合麻酔下でのンアルファで 33.4 個、ダーマボンドで 21 個、ア採卵した卵子は死滅卵子が多く、胚移植後の着床

ロンアルファ+コラーゲンシートで 24.6 個とアロ率ならびに産仔率も低下した。

ンアルファのみがコントロールと同等の排卵数- 200 -

今後は、接着剤塗布法や採卵時の手技を工夫し、上記の問題改善に取り組み、反復採卵処置技術の確立を目指す。また過剰排卵誘起法との併用で
B6-mdx の系統保存胚作成で実地検証をおこなう。
F.研究発表1.論文発表2.学会発表特になし
G.知的財産権の出願・登録状況
特になし- 201 -

令和2年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

神経幹細胞での遺伝子変異による腫瘍化メカニズムの解析研究代表者 金村 米博 1）
研究分担者 藤井 幸彦 2），武井 延之 2），岡田 正康 2），棗田 学 2）
1）国立病院機構大阪医療センター 臨床研究センター 先進医療研究開発部
2）新潟大学脳研究所
研究要旨
脳腫瘍（グリオーマ）発生メカニズムとして、神経幹細胞の増殖/分化の過程で遺伝子変異が入り、シグナル系に異常をきたした結果、制御されない分裂増殖が引き起こされたことがその原因の一つであると推察される。このような神経幹細胞の腫瘍化メカニズムの解明を目的に、患者由来脳腫瘍細胞（GDC）と 2 種類の正常細胞（ヒト神経組織由来神経幹/前駆細胞およびヒト iPS 細胞由来神経前駆細胞）の遺伝子発現を RNA sequencing 法を用いて比較検討した。その結果、高い類似性を示した 2 種類の正常細胞に対して、GDC は正常細胞と同じクラスターに含まれる細胞と別クラスターに分類される細胞の大きく 2 グループに大別され、GDC 内でも複数のサブグループに分類可能であることが明らかとなり、GDC と正常細胞との遺伝子発現差の更なる詳細な解析細胞特性に関わる遺伝子・シグナル伝達系の同定とその機能解析の重要性が示唆された。
A.研究目的の同定を行い、その経路を遮断あるいは活性化す

脳腫瘍が治療困難である理由の一つとして、腫る低分子化合物や核酸医薬の開発を目指す。

瘍の heterogeneity を説明する自己増殖能と多分化能をもつ多能性幹細胞の存在が考えられている。

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

正常神経幹細胞と脳腫瘍幹細胞の比較により、神１．研究に使用したヒト由来細胞

経幹細胞の増殖/分化の過程のどこに異常が起こ大阪医療センター医学倫理委員会承認下、り、どのようなシグナル伝達系の異常が生じたか

EGF/FGF2 を含む無血清培地を用いた浮遊培養系

のみならず、共通の増殖メカニズムを理解するこを使用して樹立した、①患者グリオーマ腫瘍組織にとができる。

由来し、tumorsphere 形成能を有した状態で長期維

脳研の腫瘍病理標本の解析を踏まえて、培養系

持培養が可能なグリオーマ幹細胞を含む初代グリオ

で生細胞を用いて神経分化／脱分化シグナルのー マ 由 来 細 胞 （ glioma derived cell: GDC ） 、解析を行う。細胞は申請者の持つヒト神経幹細胞

neurosphere 形成能を有した状態で増幅培養が可能

及び脳腫瘍患者由来腫瘍幹細胞と脳研究所、脳神

な、②ヒト神経組織由来神経幹/前駆細胞

経外科分野で樹立した脳腫瘍患者由来腫瘍幹細

（hN-NSPC）、および③ヒト iPS 細胞から分化誘導して胞を用いる。mRNA、 蛋白及び代謝産物の解析を作製した神経前駆細胞（hiPSC-NPC）、を本研究に通じ、神経分化と正常細胞周期／分化過程を外れ使用した。

た腫瘍細胞の特性を明らかにする。

２．遺伝子発現解析

以上の実験より異常を来しているシグナル系- 202 -

脳研および大阪医療センターが協力して、樹立済GDC から total RNA を分離し、Agilent 社 Bioanalyzerに細胞特性に関わる遺伝子・シグナル伝達系の同定

で品質を確認した後、illumina 社 TruSeq strandedとその機能解析が重要であると考えられ、次年度以mRNA sample prep kit を用いてライブラリー作製後、降、順次進めていく予定である。

次世代シークエンサー（illumina 社 HiSeq2500 または HiSeq3000）を用いた RNA sequencing (RNA-seq)

E.結論を実施して、遺伝子発現解析を実施した。対照細胞

RNA sequencing 法を用いた遺伝子発現解析にて、としては hN-NSPC および hiPSC-NPC を使用した。

GDC は正常細胞（hN-NSPC および hiPSC-NPC）と同
じクラスターに含まれる細胞と別クラスターに分類される細胞の大きく 2 グループに大別され、GDC 内でC.研究結果正 常 細 胞 で あ る hN-NSPC （ oh-NSC-3-fb,
oh-NSC-7-fb ） お よ び hiPSC-NPC （ 1201C1-NPC-A,

も複数のサブグループに分類可能であることが明らかとなった。

1201B2-NPC-A）の遺伝子発現に関しては類似性が今後、これら GDC と正常細胞との遺伝子発現高いことが確認された。これら 2 種類の正常細胞に差の更なる詳細な解析と、タンパク質レベルでの発GDC の遺伝子発現情報を加えた条件で実施したク

現解析、並びに細胞特性に関わる遺伝子・シグナル

ラスター解析の結果では、GDC は正常細胞と同じク伝達系の同定とその機能解析の重要性が示唆されラスターに含まれる細胞と別クラスターに分類されるた。

細胞の大きく 2 グループに大別されることが明らかとなり、さらに GDC 内でも複数のサブグループに分類可能であることが明らかとなった（図）。

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. 金村米博：総論 悪性脳腫瘍の基礎から
臨 床 の 現 状 ． Medical Science Digest
46(8):3-5, 2020
2. 金村米博：小児脳腫瘍における遺伝子異常．脳神経外科速報 2020 年増刊 悪性脳腫瘍のすべて－Neuro-Oncology の教
科書－遺伝子診断時代の臨床リアルワールド（編集 杉山一彦，橋本直哉），メ
ディカ出版，30-38，2020
2.学会発表1. 金村米博：小児・AYA 世代脳腫瘍のゲノ
ム・分子生物学的解析．第 79 回日本癌学会学術総会，2020 年 10 月 3 日；広島市
2. 金村米博，森 鑑二：関西中枢神経腫瘍

図：遺伝子発現解析（クラスター解析）

分子診断ネットワーク Gioma Research
Resource Sharing System 構築．一般社

D.考察

団法人日本脳神経外科学会第 79 回学術

GDC と正常細胞（hN-NSPC および hiPSC-NPC）と総会，2020 年 10 月 16 日；岡山市の間には一定の類似性があることが明らかになったと同時に、正常細胞と腫瘍細胞では同様の細胞形態を有しても、遺伝子発現の上で大きな特性差が存在

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得する可能性を示唆する結果であると考察された。
今後、これら GDC の遺伝子発現特性の更なる詳細な解析と、タンパク質レベルでの発現解析、並び無し
2.実用新案登録無し- 203 -

3.その他無し- 204 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

発達期脳内微細構造の生体イメージングによる神経回路形成機序の解明
研究代表者
研究分担者

水野 秀信 1）
三國 貴康 2）

1）熊本大学国際先端医学研究機構 多次元生体イメージング研究室
2）新潟大学脳研究所 細胞病態学分野
研究要旨
本研究の目的は、『生体脳内において神経細胞の内在性タンパク質の動態が神経回路形成に関わる仕組みを明らかにすること』である。昨年度まで研究で、発達期の大脳皮質神経細胞に対し内在性タンパ
ク質を蛍光標識する SLENDR 法を適用し、内在性タンパク質を生体 2 光子顕微鏡イメージングすることに成功した。本年度は、内在性タンパク質と細胞形態を 2 重標識し同時観察する条件を見出した。今後
2 重標識した大脳皮質神経細胞を生体イメージングすることで、タンパク質動態と神経回路形成の関連が明らかになると期待される。また、本研究で開発される技術は病態モデルマウスにも適用可能である
ため、病態解析にも貢献できることが期待される。
可能性が広がった。しかし現在までのところ、A.研究目的発達期における大脳皮質神経回路の正確な形

SLENDR 法で標識されたタンパク質の分布は固定

成は、認知などの高次脳機能に必須である。正確

組織で解析されており、生体内でのタンパク質のな神経回路形成には細胞内で無数のタンパク質

動態解析はなされていなかった。

が働くことが必要である。しかし生体内において一方、研究代表者水野らは、これまでの研究では、細胞内タンパク質の時空間的動態とその回路発達期マウス大脳皮質内の個々の神経細胞を生形成との関連はほとんど不明である。

体 2 光子顕微鏡イメージングする方法を開発した

これまでの多くの研究において、タンパク質の（Mizuno et al., Neuron 2014; Cell Rep 2018）。

細胞内局在は、蛍光タンパク質と融合した目的タ

本研究では、SLENDR 法と発達期マウス生体イメー

ンパク質を外来的に導入しその蛍光を観察する

ジング法を融合することで、神経回路形成期の内ことで調べられてきた。しかし外来的導入では、在性タンパク質の動態を明らかにすること、タンタンパク質の発現量の制御が困難であり、しばし

パク質の動態と回路形成の関連を調べることをばタンパク質の細胞内分布を再現できない。この目指した。

回避方法としては、蛍光タンパク質と目的タンパ
昨年度までの研究進展状況を以下にまとめる。

ク質の遺伝子を融合したノックイン動物の作成が挙げられるが、高いコスト・長い作成期間・作①

SLENDR 法でシナプス部に局在するタンパク

成失敗リスクのため、普及は限られていた。近年、質を標的とした SLENDR 用プラスミドを新しく研究分担者三國らにより CRISPR/Cas9 法を用いた作成した。

生体内の内在性タンパク質の蛍光標識法が開発②

作成したプラスミドを子宮内エレクトロポ

されたことで（SLENDR 法、Mikuni et al., Cell

レーション法で導入することで、GFP と融合さ2016）、内在性タンパク質の生体イメージングのれた内在性シナプス後部局在タンパク質を大- 205 -

脳皮質第 2/3 層の興奮性神経細胞に発現させる

・生体イメージング
SLENDR 法で GFP 標識した内在性シナプス後部ことができた。
③

GFP と融合したタンパク質の蛍光シグナルを、

タンパク質の局在を生体観察するため、麻酔下に生後 3 週齢マウスにおいて生体 2 光子顕微鏡観

おいてマウスの頭部に 2 光子観察用窓および頭部察することに成功した（図）。

を固定するための金具を取り付けた。術後はマウスを保温し回復させた。回復したマウスを用い、麻酔下において 2 光子顕微鏡で観察した。
・固定組織イメージング
生理食塩水を灌流したマウスの脳を取り出し、4％パラホルムアルデヒド溶液で固定した。固定脳を 30％スクロース/PBS 溶液で凍結保護し、凍結脳切片を作成し、脳切片をスライドガラスに封入した。その後共焦点顕微鏡で撮影した。
C.研究結果胎生 14 日齢において SLENDR 法を適用した胎仔に対し、12 時間後および 24 時間後に RFP 発現プ

図、SLENDR 法で蛍光標識された内在性シナプス

ラスミドの子宮内エレクトロポレーションを行

後部タンパク質の発達期生体イメージングったところ、24 時間後にエレクトロポレーション

生後 16 日齢マウスの大脳皮質第 2/3 層興奮性した個体で、GFP 融合シナプス後部タンパク質と神経細胞の観察例。GFP 融合したシナプス後部タ

RFP を共発現している第 2/3 層興奮性神経細胞がンパク質（矢印部）を生体 2 光子顕微鏡イメージ観察された。

ングした。
D.考察
しかしながら、細胞内タンパク質の動態と神経今回の研究では、24 時間の間隔でエレクトロポ

細胞形態の発達の関連を明らかにするためには、

レーションした個体において共発現細胞が観察

GFP 融合タンパク質を発現させた細胞において、されたが、共発現細胞の割合は少なかった（１％

同時に RFP など別の色の蛍光タンパク質を発現さ未満と推定される）。生体イメージングで共発現せ細胞形態を可視化する必要があった。2020 年度

細胞を見つけるためには、割合が多いことが望まはその条件検討を行った。

しい。今後エレクトロポレーションの条件（RFP 発
現プラスミドのエレクトロポレーションのタイ
ミング・遺伝子導入細胞数）をより洗練すること

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
研究に用いた手法は熊本大学の動物実験委員会において審査および承認されており、倫理面ので、共発現細胞の割合を増加させることができると期待される。

配慮がなされている。
E.結論

・子宮内エレクトロポレーション
麻酔下で妊娠 14 日齢マウスの子宮内の胎仔の脳に DNA 溶液を投与し、電気パルスを与えること
で遺伝子導入した。その後、子宮を戻し腹部を縫合した。術後はマウスを保温し回復させた。
同一の胎仔に 2 度遺伝子導入を行う場合は、妊娠 14 日齢で遺伝子導入した胎仔に 12 時間後または 24 時間後に再度子宮内エレクトロポレーション法を適用した。

2020 年度の研究で、2 重標識細胞を生体イメージングできる可能性が開かれた。今後、生体イメージングで細胞内在性タンパク質の分布と神経細胞形態の発達の関連を明らかにできると期待される。本研究で用いるアプローチは、病態モデルマウスにも適用可能であるため、今後、発達障害や精神疾患の理解にもつながると期待される。

- 206 -

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Mizuno H, Rao MS, Mizuno H, Sato T,
Nakazawa
receptor

S,

Iwasatoenhances

T.

NMDA

correlationof

spontaneous activity in neonatal barrel
cortex. J Neurosci 41, 1207-1217 (2021)
2.

Rao

MS,

MizunoH.

ofneuronalmechanisms
formation

in

layer

Elucidating4

circuitofthesomatosensory cortex via intravital
imaging. Neurosci Res in press.
2.学会発表なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得なし
2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

- 207 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

TDP-43 病変に結合する分子プローブの開発

研究分担者

研究代表者 小野 麻衣子 1）
柿田 明美 2）, 清水 宏 2）, 樋口 真人 1）, 高堂 裕平 1）

1）量子科学技術研究開発機構・量子生命・医学部門 2）新潟大学脳研究所・病理学分野
研究要旨
TDP-43 タンパクは筋萎縮性側索硬化症や前頭側頭葉変性症などの発症と密接に関連しており、生体内での TDP-43 の蓄積を可視化する技術は、これらの疾患の早期診断や発症メカニズムの解明、TDP-43
を標的とする疾患治療薬の薬効評価に寄与することが期待される。本研究ではポジトロン断層撮影により TDP-43 の蓄積を生体内で非侵襲的に画像化する新規 PET プローブの開発を行う。

A.研究目的験 （homologous binding assay）

TDP-43 タンパクは筋萎縮性側索硬化症や前頭② 死後脳組織切片を用いたオートラジオグラ

側頭葉変性症などの発症と密接に関連しており、生体内での TDP-43 の蓄積を可視化する技術は、
これらの疾患の早期診断や発症メカニズムの解

フィ③ 組織化学的解析（免疫染色、βシートリガンドによる蛍光染色）。

明、TDP-43 を標的とする疾患治療薬の薬効評価に寄与することが期待される。本研究ではポジトロン断層撮影（PET）により TDP-43 の蓄積を生体内C.研究結果で非侵襲的に画像化する新規 PET プローブを開発

前頭側頭葉変性症死後脳固定標本を用いた組織するべく、前頭側頭葉変性症および筋萎縮性側索化学的解析により、約 200 種の PET プローブ候補化

硬化症死後脳ホモジェネートを用いた親和性評

合物において、TDP-43 病変への結合性評価を実施

価やオートラジオグラフィーにより新規 PET プロ

した。その結果、約 90 種の候補化合物において、高ーブ候補化合物の TDP-43 病変への結合性を評価する。良好な結合性が確認された候補化合物について、さらなる特性評価を in vitro および in vivo
で行い、PET プローブとしての有用性を検証する。

濃度溶液（µM）中での化合物・TDP-43 病変間の結合を確認し、さらに、14 種の化合物では TDP-43 病
変への結合選択性の向上が示唆された。これらの候
補化合物の PET プローブとしての性能を評価するた

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

めに、3 種の候補化合物について、PET 核種での標対象：前頭側頭葉変性症および筋萎縮性側索硬化識を実施し、低濃度溶液（nM）中での化合物・病変

症の死後脳間の結合性を評価した。その結果、候補化合物 1

方法：新規 PET プローブ候補化合物の TDP-43 病

種において、前頭側頭葉変性症死後脳組織切片を変への結合性を評価するために、PET 核種標識体用いたオートラジオグラフィにて、TDP-43 病変蓄

候補化合物を用いて以下の解析を行う

積領域への当該候補化合物の結合が確認された。

① 死後脳組織ホモジェネートを用いた結合実

また、前頭側頭葉変性症死後脳組織ホモジェネート- 208 -

を用いた結合実験により、当該候補化合物が中程度の親和性（Kd=10～100 nM）にて死後脳組織ホモ
ジェネートに対して結合を示す可能性が明らかとなった。さらに、PET 核種標識をした当該候補化合物を用い、野生型マウスにおいて PET スキャンを実施した。その結果、末梢投与した当該候補
化合物は充分に脳に移行し、また、脳からのクリアランスも良く、中枢をターゲットとした PET プ
ローブとして適切な動態を示すことが明らかと
なった。
D.考察
本研究により、TDP-43 PET プローブ候補化合物
1 種が、TDP-43 病変への結合親和性は中程度であるものの、中枢をターゲットとした PET プローブとして適切な動態を示すことが明らかとなった。
また、前頭側頭葉変性症死後脳固定標本を用いた
組織化学的解析による 200 種近い候補化合物の特性評価から、化合物構造と TDP-43 病変への結合活性の相関に関するデータの蓄積が実現した。今後、本研究で見いだされた化合物をリード化合物として、当該化合物の有する良好な動態を維持しつ
つ、TDP-43 病変への結合親和性を向上させる構造展開を実施することで、TDP-43 病変を in vivo PET
にて画像化する有用なプローブの開発が期待される。
E.結論
本研究において、PET により TDP-43 の蓄積を生体内で非侵襲的に画像化する PET プローブ開発に有用なリード化合物が見いだされた。また、化合物構造と TDP-43 病変への結合活性の相関に関するデータの蓄積が実現した。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. bioRxiv,
doi:10.1101/2020.10.23.349860, 2020
2.学会発表なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）- 209 -なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

脳疾患ゲノム情報に基づく病態モデルマウスの開発に関する研究研究代表者 吉木 淳
研究分担者 綾部 信哉
1)

1)

仲柴 俊昭

1)

1)

天野 孝紀

理化学研究所バイオリソース研究センター

2)

1)

笹岡 俊邦

2)

池内 健

2)

新潟大学脳研究所

研究要旨
理化学研究所バイオリソース研究センター（理研 BRC）は、我が国の実験動物マウスの中核機関としてヒト疾患研究に有用なモデルマウスを収集・保存・提供ならびに開発している。新潟大学脳研究所（脳研）には、脳疾患臨床ゲノム情報及び病態に関する知見の蓄積に加えて疾患モデルマウスの優れた開発能力がある。両機関の連携により高齢社会が直面する脳疾患の治療・創薬に有用なモデル
動物を、ゲノム情報及び病態に関する知見に基づき開発する。さらに、脳研と共同で開発された脳神経系疾患モデルマウスを理研 BRC に寄託して頂き、研究コミュニティに提供し、脳神経系の基礎か
ら医療・創薬研究に貢献する。
A.研究目的報を収集し、マウスのゲノム改変の設計に必要な情報を整理する。さらに、脳研において開発
済みの先端的なモデルマウスについて、開発研究者に寄託を依頼し、承諾が得られた系統について、MTA 等の適切な手続きを経て収集、公開する。

日本人患者のゲノムシークエンス及び大規模サンプルを用いたゲノムワイド関連解析（GWAS）により認知症のゲノム要因が明らかにされつつある。さらに、ゲノム編集と発生工学技術の進展により、患者のバリアント情報に基づくヒト疾患の精密モデルの作出が期待されている。本共同研究では、臨床ゲノム情報の解析から得られた知見に基づき、アルツハイマー病の複数の遺伝子変異やレアバリアントを導入したマウスモデルの開発を目指す。さらに、脳研と国内研究者の共同で開発された先端的な脳疾患モデルマウスの寄託を促進し、理研 BRC
を通じて国内外の研究コミュニティに提供して脳疾患研究の推進に貢献する。

C.研究結果
笹岡教授とは神経変性疾患を対象としたヒト疾患モデルマウス、ドーパミン受容体変異マウ
スとドーパミン関連遺伝子の変異マウスの整備について打ち合わせを継続している。脳研・池内健教授からはアルツハイマー病・タウオパチ
ーの疾患変異に関する助言をいただいている。

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
メール通信および脳研における打合せにより臨床ゲノム情報を収集・整理する。また、既存の疾患モデル・病態モデルの特性ならびにヒト疾患に関するゲノム情報および病態に関する情- 210 -

R2 年度脳研究所合同セミナー（2 月ウェブ開催）においては、笹岡班の他の研究課題のグループとの交流・意見交換を実施した。本課題からは理研 BRC におけるマウスリソース事業の概要と進捗の紹介、新潟脳研および同共同利用・共同研究に関わる研究者により開発・寄託

されたマウス系統のご紹介、遺伝子改変系統の品質管理に関する説明、BRC における疾患モデ
ルの開発・表現型解析の体制についての説明を行った。さらに、新規開発に関して、ゲノム編
集マウスの開発にける新たな遺伝品質管理手法の紹介、効率の良い疾患バリアントの評価系、
iGONAD 法を用いたゲノム編集によるヒト疾患
変異ノックイン ALS モデルの開発についても話
題提供を行い、参加研究者との意見交換を行った。
D.考察および E.結論
今後もマウスリソースの利活用に関する協力
関係を継続・発展させ、アルツハイマー病などの神経変性疾患の研究ならびにドーパミンおよびその関連分子の機能研究に有用なマウス系統
を中心に情報収集と意見交換を行う。
F.研究発表(上記課題名に関するもの)
1.論文発表
1.

2.

3.

4.

5.

Nakata H, Hashimoto T, Yoshiki A. Quick
validation of genetic quality for conditional
alleles in mice. Genes Cells 26(4):240-245, 2021.
Masuya H, Usuda D, Nakata H, Yuhara N,
Kurihara K, Namiki Y, Iwase S, Takada T,
Tanaka N, Suzuki K, Yamagata Y, Kobayashi N,
Yoshiki A, Kushida T. Establishment andapplication of information resource of mutant
mice in RIKEN BioResource Research Center.
Lab Anim Res. 37(1):6 2021.
Mekada K, Yoshiki A. Substrains matter inphenotyping of C57BL/6 mice. Exp Anim. 2021
Jan 14. doi: 10.1538/expanim.20-0158.
Mizuno-Iijima S, Ayabe S, Kato K, Matoba S,
Ikeda Y, Dinh TTH, Le HT, Suzuki H,
Nakashima K, Hasegawa Y, Hamada Y,
Tanimoto Y, Daitoku Y, Iki N, Ishida M, Ibrahim
EAE, Nakashiba T, Hamada M, Murata K, Miwa
Y, Okada-Iwabu M, Iwabu M, Yagami KI, Ogura
A, Obata Y, Takahashi S, Mizuno S, Yoshiki A,
Sugiyama F. Efficient production of large
deletion and gene fragment knock-in mice
mediated by genome editing with Cas9-mouse
Cdt1 in mouse zygotes. Methods:S10462023(19)30328-7, 2020.
Yoshioka N, Kabata Y, Kuriyama M, Bizen N,
Zhou L, Tran DM, Yano M, Yoshiki A, Ushiki T,
Sproule TJ, Abe R, Takebayashi H. Diverse- 211 -

dystonin gene mutations cause distinct patternsof Dst isoform deficiency and phenotypic
heterogeneity in Dystonia musculorum mice. Dis
Model Mech 13(5):dmm041608. doi:
10.1242/dmm.041608.
6. Nakamura T, Rios LC, Yagi T, Sasaoka T,
Kitsukawa T. Dopamine D1 and muscarinic
acetylcholine receptors in dorsal striatum are
required for high speed running. Neuroscience
Research
156:
50-57.,
2020
doi:
10.1016/j.neures.2019.12.001.
7. Saito N, Tainaka K, Macpherson T, Hikida T,
Yamaguchi S, Sasaoka T. Neurotransmission
through dopamine D1 receptor is required foraversive memory formation and Arc activation in
the cerebral cortex. Neuroscience Research
156:58-65,
2020.
doi:
10.1016/j.neures.2020.04.006.
8. Kitahara A, Ran Q, Oda K, Yasue A, Abe M, Ye
X, Sasaoka T, Tsuchida M, Sakimura K, Ajioka
Y,
Saijo Y, Zhou Q. Generation of Lungs by
Blastocyst Complementation in Apneumic
Fgf10-Deficient
Mice.
Cell
Reports
31(6):107626.,
2020
doi:
10.1016/j.celrep.2020.107626.
9. Yamaguchi T, Sumida T, Nomura S, Satoh M,
Higo T, Ito M, Ko T, Fujita K, Haywood M,
Sanbe A, Yoshimi K, Manabe I, Sasaoka T,
Taylor M, Toko H, Takimoto E, Naito A, Komuro
I. Cardiac Dopamine D1 Receptor Triggers
Ventricular Arrhythmia in Chronic Heart Failure.
Nature Communications 11(1):4364., 2020 doi:
10.1038/s41467-020-18128-x.
10. Ran Q, Zhou Q, Oda K, Yasue A, Abe M, Ye X,
Li Y, Sasaoka T, Sakimura K, Ajioka Y, Saijo Y.
Generation of thyroid tissues from embryonicstem cells via blastocyst complementation in
vivo. Frontiers in Endocrinology, section
Thyroid Endocrinology,2020 Frontiers in
14

Endocrinology

December2020 https://doi.org/10.3389/fendo.2020.609697
11. Uchigashima M, Konno K, Demchak E, Cheung
A, Watanabe T, Keener D G, Abe M, Sakimura
K, Sasaoka T, Uemura T, Imamura Karasawa Y,
Watanabe

M,

Futai

K.

Specific

Neuroligin3-αNeurexin1 signaling regulates
GABAergic synaptic function in mousehippocampus. Elife 2020 Dec 23; 9: e59545. doi:
10.7554/eLife.59545.
12. Kawahata I, Sekimori T, Wang H, Wang
Y, Sasaoka T, Bousset L, Melki R, Mizobata T,
Kawata Y, Fukunaga K. Dopamine D2 Long
Receptors Are Critical for Caveolae-Mediated αSynuclein Uptake in Cultured Dopaminergic
Neurons.Biomedicines 9(1): E49., 2021
doi:10.3390/biomedicines9010049.
PMID: 33429895
13. Miyajima K, Kawamoto C, Hara S, Mori-Kojima
M, Ohye T, Sumi-Ichinose C, Saito N, Sasaoka
T, Metzger D, Ichinose H. Tyrosine hydroxylase
conditional knockout mice reveal peripheral
tissue-dependent differences in dopamine
biosynthetic pathways Journal of Biological
Chemistry 296,
100544,2021
doi:
10.1016/j.jbc.2021.100544.
2.学会発表1. Yoshiki A, “Update status of mouse resources
for studies of gene function and disease at
Riken BRC” 12th International
Multiconference "Bioinfomatics of Genome
Regulation and Structure/Systems Biology",
Novosibirsk Russia (Web conference), July2020.
2. 吉木 淳, “ヒト疾患モデルとしてのノック
アウトマウスの疾患表現型のオントロジー
用語” 第 60 回日本先天異常学会学術集会/The 60th Annual Meeting of the Japanese
Teratology Society, Web 開催, 7 月, 2020 年.
3. 水野沙織, 中山 百合子, 綾部 信哉, 中田初美,
仲柴 俊昭, 池 郁生, 平岩 典子, 桝屋 啓志, 吉木 淳, 小幡 裕一, 城石 俊彦 “理研バイオリ
ソース研究センターにおけるマウスリソー
ス有効活用に向けた広報活動について/Promotion for active use ofmouse resources at RIKEN BioResource
Research Center” 第 67 回日本実験動物学
会総会/The 67th Annual Meeting of Japanese
Association for Laboratory Animal Science,
誌上開催, 5 月, 2020 年.
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得なし
2.実用新案登録- 212 -

なし
3.その他
なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

歩行運動の大脳基底核ドーパミン制御機構の解明
研究代表者 木津川 尚史 1）
研究分担者 笹岡俊邦 2）1）立命館大学 生命科学部 生命情報学科
2）新潟大学 脳研究所 動物資源開発研究分野

研究要旨
パーキンソン病（PD）の研究の知見などから、ドーパミンによる大脳基底核の神経情報処理が、歩行を始めとする運動機能に関与していることがわかっている。また、実際の歩行に際してもドーパミン受容体が重要な役割を果たしていることが、ステップホイールを走行するマウスを用いた我々の研究から示されている。しかし、歩行中のどのような局面にドーパミンが関与しているのか、詳細な作用メカニズムは不明である。この点が明らかになれば、PD 治療にも貢献があると考えられる。そこで
我々は、ステップホイールで複雑なペグパターンを走行するマウスが実際にどのような運足状態になっているかを解析した。その結果、一連のペグパターンのうちの数か所において、運足などの運動にリズミカルな協調が起きていることが観察された。この結果は、運動中に自発的なリズム協調が起きている可能性を示している。リズム協調の存在を明らかにできたことは、将来的には、光遺伝学を用いて線条体内のドーパミンを瞬間的に制御するなどの方法により、ドーパミンが運足パターン形成のどのような局面に作用しているのかを解析する手掛かりになると考えている。
は歩行・走行時に何らかの役割を果たしているとA.研究目的PD 患者では歩行に障害が生じる。このことから、考えることが妥当であろう。しかしながら、歩行

ドーパミンの長期的な欠損が歩行に異常をもたのどのような局面にドーパミン制御が機能してらすことは古くから知られていた。歩行中のドーいるのかについては、未解明の問題である。この

パミン欠如が歩行障害を引き起こすか否かは長点を解明するためには、歩行・走行中のドーパミらく知られていなかったが、当共同利用共同研究

ンが作用しているタイミングを知ることが必要

により、ドーパミン受容体のコンディショナルノ

である。そのために本研究では、ステップホイー

ックダウン（cKD）マウスやドーパミン受容体阻ル装置を用いてマウスに多様なステップを行わ

害剤を脳内に投与したマウスを用いた研究を行せ、運動がどのように組織されているかを明らか

い、ドーパミン受容体 D1R が機能していない状況にし、さらにはその際の線条体神経活動を記録し下では走行スピードが低下することを見出したてドーパミンとの関係を探ることを目的とした。

（Nakamura et al., 2020）。このことは、歩行の

本年度は、その第一段階として、ステップホイー

最中においてもドーパミンが重要な作用を果た

ルで複雑なパターンで走行するマウスの運足のしていることを示している。走行スピードと線条

特徴を解析した。

体内のドーパミン線維の活動が相関しているとB.研究方法の報告（Howe and Dombeck, 2016）とあわせて考

マウスの歩行・走行能力の測定は、ステップホ

えると、ドーパミンによる線条体神経活動の制御

イール装置を用いて行った。ステップホイール装- 213 -

置は水を報酬としてマウスに走行を訓練できる

E.結論

ホイール装置である。マウスの足場はペグと呼ばマウスに複雑なステップを行わせることで、走れるホイールに取り付けられた棒で、ペグの一連行のなかに複数の状態を見出すことに成功した。

の配置に従ってマウスは運足する。すべてのペグ

これにより、走行状態と線条体神経活動、さらににはタッチセンサが取り付けられており、足のタはドーパミンの影響を解析する道が開かれた。

ッチタイミングを計測した。
C.研究結果
1 セッションあたり、マウスに指定の複雑なペF.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表グパターンを 50 回程度走行させた。マウス前肢

1. Nakamura T, Rios LC, Yagi T, Sasaoka T,のペグへのタッチタイミングを計測したところ、Kitsukawa T. Neurosci Res. Jul;156:50-57

タイミングが毎回安定しているペグと不安定なペグが見つかった。安定部は、ペグパターン 1 周(2020) Dopamine D1 and muscarinic

期あたり 1-3 個見いだされ、これはトレーニング

acetylcholine receptors in dorsal striatum areが進むにしたがって、個々の安定部が伸長し、まrequired for high speed running.

た安定部の個数も増加する傾向が見いだされた。
安定部では繰返し均一に近い運動が見られるこ2.学会発表とから、安定部は「チャンク」であると考えられ

1. 広兼 浩二朗, 中村 徹, 久保田 康夫,

る。

Hu Dan, 八木 健, Graybiel

次に、チャンク内の運足の特徴について解析をAM, 木津川 尚史 複雑パターン走行時における行った。最初に、運足の周期について解析を行っリズムチャンクの解析た。右または左の前肢がペグに接地するタイミン

神経科学大会グの周期性について解析したところ、チャンク内

第 43 回日本

2020 月 7 月 29 日

2. 木津川 尚史, 寺下 拓真, 広兼 浩二朗,

で周期が保たれていることが確認された。2 番目に、左右の足の位置関係について解析した。走行

久保田

康 夫 , Dan Hu, 八 木は繰返し運動なので、左右の足の位置関係は、対Graybiel AM, 中村 徹

側足の一歩の中の位置、位相を解析した。その結細胞によるリズミカルな運動制御 第果、チャンク内では、連続する 2 歩において位相

43 回日本神経科学大会の変化が小さくなっていることが確認された。

29 日

線条体神経
2020 月 7 月

D.考察
以上の結果から、チャンク内では、運足の周期

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

性が高く、かつ、左右の前肢の位置関係が保存さ

1.特許取得れていることがわかった。このことは、マウスはなし

複雑に配置されたペグの上を走行する際に、単に

2.実用新案登録

ペグが到来するタイミングに合わせてペグ上になし足を置いていくのではなく、自らの体部位間の協3.その他調（ここでは左右前肢の協調）を達成させているなし

ことを示している。動物の体には関節や筋肉が多数存在し自由度が非常に高いため、運動の協調を達成するための組合せは無数に存在する。連続運
動を周期と位相というリズムのパラメタで表現することは、自由度を大きく低減して体部位間の協調を容易にしている可能性が考えられ、この運動のリズム化がチャンクの形成に寄与していることが推測される。

- 214 -健,

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

モノアミン神経伝達物質合成関連遺伝子の組織特異的破壊による生理機能
変化の解析

研究分担者

研究代表者 一瀬 宏 1）
宮嶋 克也 1）、齊藤 奈英 2）、笹岡 俊邦 2）1）東京工業大学生命理工学院 2）新潟大学脳研究所 動物資源開発研究分野
研究要旨
ドーパミン（DA）は、脳内で神経伝達物質として高次神経機能の調節を行うばかりでなく、末梢臓器においても種々の生理機能の制御に関わっている。一部の組織では、APUD 細胞として血中の DOPAを取り込んで DA を合成することが知られている。しかし、末梢臓器の DA が全て血中 DOPA に由来しているのか、臓器内でチロシンから合成されている DA があるのか明らかとなっていない。我々は、末梢臓器での DA による生理機能の調節と、DA 量の調節機構を解明するために、DA 生合成律速酵素である
チロシン水酸化酵素(TH)をノルアドレナリン（NA）産生細胞でタモキシフェン投与により誘導的に破壊して、臓器中の DA 量がどのように変化するか解析した。誘導的に Th を副腎髄質・交感神経選択的に破壊したマウスで、臓器中 DA と NA 量の変化を解析した。心臓と膵臓では NA の減少とともに DA が比例して減少した。一方、胃や肺では NA と DA の減少は相関しなかった。免疫組織化学的解析により、胃と肺で TH 陽性細胞を見出した。これらの解析から、臓器ごとに DA 合成経路が異なること、末梢臓器で交感神経が DA の供給源となり得ることを示唆した。
A.研究目的梢組織の DA の由来には、1.末梢組織でチロシン

ドーパミン（DA）は神経伝達物質として、脳内から TH ,AADC により合成される、2.血中の DOPA

で重要な機能を営んでおり、DA 代謝の変化はジスから合成される、3.交感神経で作られる、という

トニア・パーキンソニズムや、ADHD などの発達障

３つの合成経路が考えられる。

碍の病態にも関係している。一方、DA は末梢臓器本研究では、Cre-loxP システムを利用して TH

でも、腎臓での Na 排泄の促進、膵臓での糖反応遺伝子を交感神経と副腎髄質選択的に破壊した性インスリン分泌の抑制、胃酸分泌の促進など、マウスにおいて、それぞれの末梢臓器における DA

さまざまな生理機能を営んでいることが知られ代謝がどのように変化するかを解析し、臓器ごとている。しかし、末梢組織での DA 合成調節機構の DA 代謝経路について解析した。

や代謝経路については未解明な部分が多い。
神経細胞内の DA は、チロシンからチロシン水B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

一群の細胞が知られており、アミンの前駆体であTh の遺伝子イントロン内に、DNA 組換え酵素 Creの認識配列である loxP 配列を２カ所相同組換え
により組み込んだマウス(Thfl/fl マウス)を作製しる DOPA を血中から取り込んで脱炭酸して DA を作た。一方、NA 生合成酵素であるドーパミンβ水酸る能力を有している。さらに、末梢組織に投射し化酵素(DBH)のプロモータ制御下に Cre-ERT2 を発ている交感神経ではノルアドレナリン（NA）の前現するマウス Dbh-CreERT2 マウスを用意して、駆体として DA が合成されている。そのため、末Thfl/fl マウスと交配した。Cre-ERT2 は、タモキシ酸 化酵 素（ TH ）と 芳香族 アミ ノ酸脱 炭酸 酵素(AADC)の働きにより合成される。APUD 細胞という- 215 -

フェン(TAM)投与により DNA 組換え酵素活性 Creいた。この間マウスに大きな表現型の変化は認めが誘導されるので、CreERT2- Th

マウスは、DBH

られなかった。TAM 投与４週間後で副腎の TH タンが発現する交感神経と副腎髄質で Th を TAM 投与

パク質量はコントロールの約 20％に低下したが、により誘導的に破壊できる。

ゼロにはなっていなかったため、残存している TH

fl/fl

本研究は、東京工業大学の遺伝子組換え実験等

や NA が存在していたため、交感神経機能が維持

安全委員会、および、動物実験に関する倫理審査されていたと考えられる。今後、TAM 投与後長期委員会により承認されている。

にマウスを飼育した場合、交感神経機能の低下か
ら、どのような表現型が引き起こされるか解析しC.研究結果ていく計画である。

TAM 投与後に、Cre ERT2-Th

fl/fl

マウスの副腎や、心臓の交感神経終末で TH 免疫反応性が低下してE.結論いることを組織化学的に確認した。また、ウェス

末梢組織における DA 生合成経路を、Th コンデ

タンブロッティングで各組織中の TH 量も減少しィショナルノックアウトマウスを用いて解析し、ていた。

臓器ごとに DA 合成経路が異なることを明らかと

次に、組織中の DA 量を測定したところ、TAM 投した。心臓や膵臓では交感神経が DA の供給源と与マウスの心臓、膵臓ではコントロールマウスのなっている可能性を示唆した。また、胃や肺では30%程度に減少したが、胃・肺・脾臓・腎臓では臓器内の TH ,AADC の分布を明らかとした。

ほとんど減少していなかった。心臓と膵臓では臓
器中の DA と NA 量がよく相関して減少し、相関係数は 0.9 を超えていた。この結果は、心臓や膵臓では組織中で検出される DA のほとんどが交感神

F.研究発表1.論文発表1. Miyajima

K,

Kawamoto

C, Hara S,

Mori-Kojima M, Ohye T, Sumi-Ichinose C,

経に由来していることを示唆した。一方、胃と肺

Saito N, Sasaoka T, Metzger D, andでは組織中の DA と NA の相関が低く、これらの臓Ichinose

器では交感神経以外でも DA が作られている可能H.

Tyrosinehydroxylase

conditional KO mice reveal peripheral

性を示唆した。

tissue-dependent differences in dopamine

そこで、胃や肺の組織切片を用いて抗 TH 交代

biosynthetic pathways. J Biol Chem, 296,

による染色を行なった。また、ドーパミン D1 受

100544, 2021.

容体のプロモータで lacZ が発現するレポータマ
ウス（笹岡教授から提供）を用いて D1 受容体の2.学会発表組織内での局在を調べた。

なし

その結果、胃の粘膜層で TH 陽性細胞、AADC 陽性細胞を検出した。また、LacZ による X-gal の発色は筋層でのみ観察された。肺では、気管の上皮

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

細胞で TH と AADC 陽性細胞を発見した。X-gal 染
色は血管周囲で観察された。
D.考察
本研究で交感神経・副腎選択的に Th を TAM 投与により誘導的に破壊可能なマウスを作製し、末梢臓器中 DA,NA 量を解析した。その結果、心臓や膵臓では交感神経に由来する DA がほとんどであるのに対して、胃や肺では TH が発現していて臓器内で DA を生合成していることが示唆された。
本研究では、TAM 投与 2〜4 週間後のマウスを用- 216 -なし

令和2年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

ミクログリア機能を反映する PET イメージングの開発

研究分担者

研究代表者 木村 泰之 1）
小縣 綾 1），他田 真理 2）
，柿田

明美 2）

1）国立長寿医療研究センター 認知症先進医療開発センター 脳機能画像診断開発部
2）新潟大学脳研究所 病理学分野
研究要旨

アルツハイマー病をはじめとする神経変性疾患において、タンパクの異常蓄積が最終的に神経細胞障害をきたす。そのメカニズムに、脳内の免疫を担当する主要な細胞であるミクログリアやアストロ
サイトの機能異常が、深く関わっていることが明らかになってきた。そこで、ミクログリア機能を標的とした治療法の開発が進みつつあるが、臨床利用できる画像バイオマーカーの信頼性は十分ではない。本研究では、ミクログリアやアストロサイトに特異的に発現し、創薬標的として有望とされる分子を可視化する新規 PET リガンドの開発を行う。具体的にはミクログリアの分化・生存に必須な分子を標的とした新規 PET リガンドの開発を行い、多面的なミクログリア機能の臨床イメージングを可能にし、病態評価から創薬バイオマーカーまでの応用を目指す。
最適な合成条件を確立する。
合成した 11C 標識 PET

A.研究目的
本研究の目的は、ミクログリアに特異的に発現し、創薬標的として有望とされる分子を可視化す
る新規 PET リガンドの評価・開発を行い、神経変性疾患の新規治療法開発に役立てることである。
本研究では、ミクログリア特異的な分子として、colony-stimulating factor 1 receptor（CSF1R）を標的とした PET リガンドの評価・開発として、
CSF1Rに結合するシーズ化合物を元にした PET リガン
ドの標識合成法の確立を行い、小動物やヒト死後脳を用いてそれらの有効性を明らかにする。

リガンドを健常ラットに投与し、PET イメージン
グによる脳移行性を評価する。
ミクログリア密度や、疾患関連ミクログリアが増えている疾患モデルマウス、標的分子を遺伝的に欠損させたマウスなどを用いて、特異結合の程度、他分子との選択性、脳内・血漿中代謝、定量性の評価を行う。また、autoradiography や 結合性試験、標的分子の特異的抗体を用いる免疫染色、レーザーマイクロディセクション質量分析イメ
ージングなどを用いて、PET リガンドの細胞特異B.研究方法（倫理面への配慮を含む）
ミクログリア特異的な分子である CSF1R に高い親和性と選択性を有し、脳移行性を認める低分的な集積評価を行う。本共同研究においては、標的分子の選定や組織評価について、脳研共同研究者の助言を得る。また、開発中の PET リガンドの子化合物である BLZ945 (CSF1R 阻害剤)を基にし特性を確認し、ラットにおける autoradiographyの条件検討の終了後に、新潟大学脳研究所から提た新規放射性化合物を、
PET リガンド候補とする。

供されるヒト標本を用いた autoradiography を実BLZ945 を塩基性条件下、[11C]CH3 基を導入する施する。

- 217 -

C.研究結果
ミクログリアに発現する分子である
colony-stimulating factor-1 受容体(CSF1R)を標的

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なしとした PET リガンドとして、[11C]NCGG401 を設

2.学会発表計した。NCGG401 の非標識体の合成条件の最適化を行い、その合成に成功し、NMR を用いてその構

1.

Kimura造を確認した。また、NCGG401 の CSF1R キナー

Y:

PET

Development

for

Diseases.

ゼ阻害活性について、元化合物の BLZ945 と同程度であることを確認した。ついで、11C 標識合成

The

Imaging

in

Drug

Neurodegenerative
14th

International

Conference on Complex Medical andEngineering, Aug 1–15, 2020, Takamatsu

条件を最適化し、PET リガンドとして十分な収量、(online)

純度、比放射能を持った[11C]NCGG401 の合成に成功した。この PET リガンドを健常ラットに投与し

2.

PET イメージングすることで、脳内に取り込まれ、

Kimura Y: PET imaging of microglia. The
5th NCGG-ICAH Symposium, Apr 11, 2019,
Obu

比較的早い洗い出しを認め、PET リガンドの動態
3.

として良好であることが明らかになった。さらに、

Ogata A, Kimura Y, Yamada T, Ichise M,

非標識体を前投与することで、ブロッキング効果

Ikenuma H, Abe J, Koyama H, Suzuki M,

を認め、CSF1R に特異結合している可能性が高いと考えられた。また、急性神経炎症モデルとして、

Kato T, Ito K. PET imaging of colony
stimulating factor 1 receptor in rat brains,
Brain & Brain PET 2019, July 4-7, 2019,

痙攣誘発モデルラットおよび LPS 脳内局所投与モ

Yokohama, Japan.

デルを用いて評価を行い、特異結合の軽度の上昇を認め、[11C]NCGG401 は CSF1R を標的とした PET

4.

リガンドとして有用と考えられた。アルツハイマ

小縣綾、木村泰之、山田貴史、市瀬正則、
阿部潤一郎、池沼宏、古山浩子、鈴木正ー病やてんかん患者脳における autoradiography

昭 、 加 藤 隆 司 、 伊 藤 健 吾 ： Colony

について、人医学実験倫理申請を行い承認された。

stimulating factor 1 receptor を標的とし提供を受けた脳切片に対し autoradiography を実たミクログリア特異的 PET イメージン
グの開発．第 59 回日本核医学会学術総施中である。

会 2019 年 11 月 2 日 松山市
D.考察
本研究では、ミクログリア特異的に発現している分子 CSF1R を標的とした PET リガンドを設

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

計・合成し、その有用性を齧歯類の急性炎症モデ
ルにおいて評価した。今後、アルツハイマー病モ
デル動物やアルツハイマー病患者剖検脳を用いた検討ならびに臨床イメージング等によって、疾患における有用性を評価する必要がある。
E.結論
ミクログリア特異的に発現している分子
CSF1R を標的とした PET イメージングの開発を行い、健常ラット及びラット急性炎症モデルにおいてその有用性を明らかにした。ヒト剖検脳や臨床研究において、さらに有用性を評価する準備が進みつつある。

- 218 -

1.特許取得なし
2.実用新案登録なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

脳バンク検体を用いた加齢に伴う脳組織のクローン再構成及び脳腫瘍発生に関する研究研究代表者 荒川 芳輝 1）
研究分担者 柿田 明美 2），住吉 壯介 1），小川 誠司 1），宮本 享 1），藤井 幸彦 2），
棗田 学 2），中川 正宏 1）
1）京都大学大学院医学研究科、2）新潟大学脳研究所
研究要旨
近年、ドライバー変異を有するクローンの拡大が、「高齢者の正常組織」でしばしば観察されることが報告され、がんの起源の解明の観点から注目を集めている。一方、脳組織におけるクローン拡大に関しては、未だ十分な知見はない。本研究計画では、脳組織におけるクローンの選択・拡大について、組織特異性、頻度と程度、選択に関わるドライバー、また、その進化上の履歴を含めた微細構造にいたるまでを、微小組織採取と次世代シーケンス、単一細胞技術を駆使して、包括的に探索し、その全体像の解明を目指す。
A.研究目的構築という全く新たな観点から理解することが本研究では、正常脳組織におけるクローンの拡できる可能性がある。

大とこれによる組織の再構築に関する包括的な理解に基づいて、がんの発生、進展、さらには、

B.研究方法

組織の老化に関する新たな視点での理解を目指

本研究では、加齢に伴った健常脳組織におけるす。本研究で期待される成果は以下である。

クローンの拡大の微細構造と進化のトラジェク

1) ドライバー変異による脳組織のクローンの進

トリを、微小サンプリングの標的遺伝子シーケン化・拡大に関する全体像の解明。具体的には、脳ス、全エクソンシーケンスおよび全ゲノムシーケ

におけるクローンの拡大が、どのようなドライバ

ンスや、単一細胞シーケンス等を用いて同定する。

ー変異によって駆動されるのか、いつから、どのこの収集したデータを解析することから、クロー

ような早さで進行するのか、それによる組織の再ン拡大とこれによる組織の再構築が、どのような構築はどの程度に及ぶのか、また、炎症や環境因部位で、どのような程度で、どのようなドライバ

子はこれらにどのように影響を及ぼすのかに関ー遺伝子により、どのような時間経過で生ずるのする包括的な知見が得られると期待される。

か、を包括的に明らかにする。それらは、がん組

2) 未だ不明な点の多いがんの起源や発がんの初織におけるクローン進化と多様性の拡大とどの期過程に関して、がんにおけるクローン選択が正ような点で類似し、またどのような点で、区別さ常組織におけるクローン拡大とどのように関連れるのか、さらに、それは組織や幹細胞の老化とするのか、また、両者はどのような点で異なるの

どのような機能的な関連を有するのか、それはどか、を知ることにより、「がんとは何か」というのようなメカニズムによるのか、を明らかにする。

重要な疑問に対する知見が得られると期待され以上の結果を踏まえて、マウスモデル等を用いる。

た機能的検証実験により、正常組織におけるクロ

3) 老化に関して、正常組織のクローンによる再ーン拡大が、発がん、老化、ストレス応答におい- 219 -

て果たす生物学的意義を明らかにする。

特記事項なしC.研究結果2.学会発表申請者らの研究グループでは、健常食道上皮の1. 荒川 芳輝

京都大学病院におけるがん

微小サンプリングと次世代シーケンス解析によゲノムプロファイリング検査の現状とって、1)食道上皮においては、食道がんと共通す

課題 第 38 回日本脳腫瘍学会学術集会

るドライバー変異が頻繁に生じていること、

2020/12/4 広島

2)それはすでに乳児期からはじまり、加齢に伴ってすべての個体の正常食道上皮であまねく認め

G.知的財産権の出願・登録状況

られ、3)高齢者では全食道面積の実に 80%内外が1.特許取得約 10,000 個もの独立なドライバー変異クローン

特記事項なしによって覆われること、を見いだした(Yokoyama

2.実用新案登録

et al. Nature, 2019)。

特記事項なしまた、潰瘍性大腸炎や正常乳管でも、上皮が多数の変異クローンで置換される症例が存在する
ことを確認した(Kakiuchi et al. Nature, 2020)。
2020 年年度は、正常脳組織における微小サンプ
リングの標的遺伝子シーケンス、全エクソンシー
ケンスおよび全ゲノムシーケンスや、単一細胞シーケンス解析技術を確立した。さらに、脳研究所の脳バンク検体にある正常脳組織から微小サン
プリングを行い、予備実験を実施した。その結果、ddPCR で 3-9 mutations /3000（0.1-0.3%）の頻度で IDH1 の変異が検出された。
D.考察
これまでの成果は、多数のドライバー変異クローンによる正常組織の「再構築」は、加齢に伴って、あらゆる正常組織で不可避的に生ずる現象である可能性、また、それらはがんの発症進展における「進化」や「多様性の獲得」とも密接な関係がある可能性を指し示している。
脳研究所の脳バンク検体にある正常脳組織微小 サ ン プ リ ン グ を 行 い 、 3-9 mutations /3000（0.1-0.3%）の頻度で IDH1 の変異があることを確認した。そこで、十分な解析が可能と判断し、標本数を増やして解析を進める予定である。
E.結論
様々な臓器において、上皮が多数の変異クローンで置換されることを確認した。正常脳組織においても同様に変異クローンによる置換が予想され、その実態の解明を進める。
F.研究発表1.論文発表- 220 -

3.その他
特記事項なし令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

神経組織特異的 Scrapper ノックアウトマウスの作出と神経変性に関する解析研究代表者 矢尾 育子
研究分担者 衞藤 史博
1）

関西学院大学

1）2）

笹岡 俊邦

2）

浜松医科大学

1）2）

3）

阿部 学

3）

3）

﨑村 建司

3）

新潟大学脳研究所

研究要旨
SCRAPPER は神経シナプスに局在し、神経伝達物質放出の制御にかかわるユビキチン E3 リガーゼである。Scrapper 遺伝子ノックアウト（SCR-KO）マウスが生後致死であるため、成体での SCRAPPER
分子の機能を十分に解析できなかった。そこで部位特異的なコンディショナル KO（cKO）マウスを作製し、その詳細な機能解析を行うことを計画した。これまでの共同研究により、コンディショナルノ
ックアウトマウス作製のための floxed 型のベクターを構築し、組換え ES 細胞株よりキメラマウスを作出している。本共同研究により floxed 型マウスを樹立し、F1 世代のマウスが得られている。
現在、ドライバーマウスとの交配により神経組織特異的 SCR-cKO マウスの作製を行っている。また、発生初期から Cre 組換え酵素を発現するドライバーマウスとの交配により、SCR-KO マウスを作製し解析を行っている。
A.研究目的B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

Scrapper 欠損マウス（SCR-KO マウス）は体がfloxed 型のベクターを構築し、このベクターを小さい上に寿命が短く、恐怖記憶形成の異常、脳の海綿状変性や神経細胞の萎縮といった老化現象が見られる。SCR-KO マウス脳において変動している分子の同定が神経変性疾患病態解明の 1 つの鍵になると考えられる。

新潟大学崎村研究室で開発された RENKA 株 ES 細SCR-KO マウスは、多くの個体が生後半年程度で死亡する。また、産仔数もメンデルの法則に従わず少ないことから、SCRAPPER が発生段階においても機能していることが予想される。本研究では、致死の表現型を回避し脳に限定した機能を解析することができる、神経細胞特異的なコンディショ
ナル KO マウスを作製し、神経変性に関する解析をおこなう。

胞に導入し、相同組み換え体を選別する。これらの組換え ES 細胞株よりキメラマウスを作出し、生殖系列に ES 細胞が分化した個体より標的
floxed 型マウスを樹立する。さらに、神経細胞特異的な Cre 発現マウスを利用して、神経組織特異的なノックアウトマウスを作製して電気生理学実
験等の機能解析や行動解析実験に供する。
動物実験計画は新潟大学、関西学院大学および浜松医科大学大学の委員会承認を得たうえで、内規に準じて行う。実験時には適切に麻酔処理を行い、動物への苦痛を可能な限り除く。

- 221 -

C.研究結果

E.結論

現在までに、コンディショナルノックアウトマ
ウス作製のための floxed 型のベクターを構築し、このベクターを新潟大学崎村研究室で開発された
RENKA 株 ES 細胞に導入し、相同組み換え体を選別

SCR-cKO マウス作製のための floxed 型マウスを樹立している。今後さらに繁殖、ドライバーマウ
スとの交配により神経細胞特異的 SCR-cKO マウスを作製し、表現型を解析する。

した。これらの組換え ES 細胞株よりキメラマウスを作出し、生殖系列に ES 細胞が分化した個体より
標的 floxed 型マウスを樹立し、F1 世代のマウス

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表1. Eto F, Sato S, Setou M, Yao I, SatoK. Mass spectrometry imaging reveals
glycinedistribution
inthedeveloping and adult mouse brain.

を得ている。現在までに、FLP マウスとの交配を進め、スクリーニングのために導入されていたネ
オマイシン耐性遺伝子を除いたマウスを作製した。
ドライバーマウスとの交配により、神経細胞特異的なノックアウトマウスを作製する段階である。

J Chem Neuroanat. 2020

脳部位特異的な Cre 発現マウスを利用して、部位

Dec;110:101869.
2. Matsuda T, Suzuki Y, Fujisawa T, Suga
Y, Saito N, Suda T, Yao I. Imaging
mass
spectrometry
tovisualiseincreased acetylcholine in lungs ofasthma model mice.

特異的なノックアウトマウスを作製して解析に供する計画であることから、神経細胞で特異的にノックアウト可能なドライバーマウスラインとしてEmx1-Cre マウスの導入することとした。現在得られたヘテロ型コンディショナルノックアウトマウ

Anal Bioanal Chem. 2020

スは、精巣に異常がある可能性があることが判明

Jul;412(18):4327-4341.

した。また、発生初期から Cre 組換え酵素を発現

3. Eto F, Sato S, Setou M, Yao I. Region-

するドライバーマウスとの交配により、SCR-KO マ

specific effects of Scrapper on the

ウ ス を 作 製 し 以 前 に 解 析 し た C57BL/6J 系 とabundance of glutamate and gamma-

129/Sv 系混合バックグラウンド null ノックアウ

aminobutyric acid in the mouse brain.

トマウスと同じ表現型が得られるかを合わせて検Sci Rep. 2020 May 4;10(1):7435. doi:

討している。得られたマウスの表現型解析のため10.1038/s41598-020-64277-w.

に、共同研究の継続を予定している。

2.学会発表
1. ⽮尾育⼦

D.考察
神経細胞で特異的にノックアウト可能なドライ
バーマウスラインとして Emx1-Cre マウスの導入したところ、予想外の表現型となる可能性が出てきたため、別のラインを検討する必要がある。解析に適するドライバーマウスの選択および交配、その後の解析を行う必要がある。今後、さらに交配を行いノックアウトマウスラインの樹立が必要であるため脳研究所の助言を得ながら共同研究を推進、継続する。また、現存するノックアウトマ
ウスはバックグラウンド系統が複数の雑種となっていることから、新たに得られるマウスを用いた解析はバックグラウンド系統の影響を消去できる点でも有用であると考える。

質量分析イメージングによる神経伝達物質の可視化/ Imaging of
neurotransmitters with mass
spectrometry
第 43 回日本神経科学大会 2020/7/31
神戸コンベンションセンター（神戸市）※オンライン開催
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得なし
2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

- 222 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

筋強直性ジストロフィーの中枢神経病態の解明

研究分担者

研究代表者 中森 雅之 1）
清水 宏 2），柿田 明美 2）, 望月 秀樹 1）

1）大阪大学 医学系研究科 神経内科学 2）新潟大学 脳研究所 病理学分野

研究要旨
筋強直性ジストロフィー(MyD)は DMPK 遺伝子非翻訳領域の CTG 繰り返し配列（リピート）の異常伸長が原因の遺伝性難治性筋疾患である。原因遺伝子より転写された、伸長した CUG リピートをもつ異常 RNA の毒性により、筋細胞障害を来す可能性が示唆されている。MyD では、骨格筋や心筋症状だけ
でなく、認知機能障害や性格変化、過眠など様々な中枢神経症状を呈する。こうした中枢神経症状は患者の QOL を著しく低下させるが、その機序は全く不明である。本研究では新潟大学脳研究所および大阪大学医学系研究科が保有する MyD 患者脳検体を用いて、病理学的・分子生物学的・生化学的解析を網羅的にすすめることにより、MyD の中枢神経病態を解明する。

A.研究目的B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

筋強直性ジストロフィー(MyD)は、骨格筋のみ

新潟大学脳研究所が有する MyD 患者および疾患

ならず、心筋、平滑筋や脳、眼、内分泌器官など、対象群患者剖検脳組織より白質、皮質、海馬、ま様々な臓器をおかす全身性疾患である。DMPK 遺伝

た脊髄から Laser Capture Microdissection によ

子上の CTG 繰り返し配列（リピート）の異常伸長

り神経細胞を採取し、 DNA, RNA を抽出した。得が原因であり、異常遺伝子より転写された伸長られた DNA を 0.5-2 genome equivalents まで希CUG リピートをもつ異常 RNA の毒性により、選択釈し、DMPK-CTG リピート増幅プライマー（Forward

的スプライシング制御因子が障害される。この結primer:

果、広汎なスプライシング異常が引き起こされ、

primer: TTCCCGAGTAAGCAGGCAGAG）を用いて Roche

多彩な全身症状につながるとされている。MyD で

Expand Long Template PCR System®による Small

は認知機能障害や性格変化、過眠など様々な中枢

pool PCR を行った。得られた PCR 産物を 0.7%

神経症状を呈するが、その機序は今もって全く不SeaKem agarose®ゲルにて 60Ｖで４時間電気泳動明である。本研究では、MyD の中枢神経病態を解し、泳動後にゲルより Alkaline transfer 法によ明するため、新潟大学脳研究所および大阪大学医り Roche Nylon Membrane®へ DNA をトランスファ

学系研究科が保有する、病理学的変化・特徴が明ーさせた。トランスファー後に UV crosslink をらかとなっている MyD 患者中枢神経病変組織で分行い、DIG labeled (CAG)7 LNA probe によるハイ

子生物学的解析および生化学的解析を行う。

ブリダイゼーション（70℃、４時間）ののち、

ACCCTAGAACTGTCTTCGACTCC,

ReverseCDP-Star®による化学発光で CTG リピート含有 DNAを検出して、リピート長の判定を行った。また、RNA については SMART-Seq® v4 Ultra® Low Input- 223 -

RNA Kit for Sequencing をもちいた微量 RNA 増幅

また、今回同定された MyD 患者皮質神経細胞、後に RNA-seq による遺伝子発現解析と選択的スプ

白質神経細胞、脊髄前角神経細胞特異的なスプラ

ライシング異常の網羅的解析をおこなった。発見

イシング異常について、分子生物学的、細胞生物さ れた 新規ス プラ イシン グ異 常につ いて は、学的、病理学的検討をおこない、MyD の病態へのRT-PCR により確認を行った。なお、本研究は、大関連を調べていく。

阪大学医学部附属病院研究倫理審査委員会の承認を得て行った。
E.結論
MyD 患者中枢神経組織では、細胞ごとに CTG リ
ピートを伸長させる要因や異なる。また各神経組

C.研究結果MyD 患者各３例の側頭葉皮質、側頭葉白質、脊髄神経細胞核より抽出した DNA の解析（small

織でスプライシング異常を来す要因も異なることが判明した。

pool PCR と Southern blot 法）により、同一患者由来組織でも CTG リピート長とそのばらつきに大きな差があることが明らかとなった。特に、MyD
患者側頭葉皮質で神経細胞ごとの CTG リピート長のばらつき(somatic instability)が大きく、脊F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表髄神経細胞でのばらつきが少ないことが判明しなした。また、MyD 患者、疾患対象群患者各３例の側頭葉皮質、側頭葉白質、脊髄神経細胞より抽出し

2.学会発表た RNA の解析により、MyD 患者皮質・白質・脊髄神経細胞で疾患特異的な新規スプライシング異なし

常を多数見出したほか、発現が亢進あるいは低下している遺伝子も同定した。特に新規スプライシ

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

ング異常については、MyD 由来 iPS 細胞を運動神

1.特許取得経へ分化誘導したものでも異常がみられ、それになし伴う形態変化により運動神経伸長への影響が示唆された。

2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

D.考察
MyD 患者皮質神経細胞で CTG リピート長のばら
つきが著しく大きく、また最大リピート長も長いことは、皮質神経細胞でリピート伸長に寄与する因子が存在することを強く示唆している。リピー
ト伸長には、DNA 修復蛋白やリピート周囲のエピ
ゲノム変化が関与することが知られており、次世代シークエンサーをもちいたメチル化解析など、
MyD 患者皮質神経組織でのこれらの因子の探索を行っている。また、脊髄運動神経でのリピート変動が少ないことも何らかの理由があると考えられ、その要因の探索も行っている。

- 224 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

ジストロフィン結合タンパク質複合体の代謝回転に関する研究
今村 道博 1）
研究分担者 武田 伸一 1），笹岡 俊邦 2）
研究代表者

1）国立精神・神経医療研究センター神経研究所 遺伝子疾患治療研究部 2）新潟大学脳研究所生命科学リソース研究センター
研究要旨
デュシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）の原因遺伝子にコードされるジストロフィンは筋肉のみならず中枢神経系においても様々なタンパク質と複合体を形成し機能することが示されている。DMD では
ジストロフィン分子の消失がこれら結合タンパク質(dystrophin-associated proteins: DAP)の著しい減少を生じることから、神経や筋組織の病態に影響を及ぼしているのではないかと考えられる。しかしながら、この二次的な DAP 分解をトリガーとした代謝メカニズムについては明らかにされていない。
本研究では NH-413 筋ジストロフィーニワトリの原因遺伝子(Wwp1)にコードされる HECT 型 E3 ユビキチ
ンリガーゼに注目し、WWP1 とその類似 E3 リガーゼがジストロフィン結合タンパク質の分解と代謝に関与する可能性について検証する。
A.研究目的

本研究では WWP1 が DGC や SGC の分解に関与する

筋線維形質膜においてジストロフィンと結合しのではないかという仮説を立て、これを検証する

巨大複合体を形成する DAP には少なくとも 10 種ことを目的とした。また、骨格筋には WWP1 に加類の分子が存在する。これらは幾つかの小複合体

え、これに酷似する WWP2 及び ITCH が発現するたに分けられるが、αとβの二つのサブユニットかめ、これらの分子にも注目し研究を進めた。

ら成り、細胞外基質と細胞骨格とを架橋するジス
トログリカン複合体（DGC）と DGC サブユニット

B.研究方法（倫理面への配慮を含む）間の結合を強化するサルコグリカン複合体（αかWWP1, WWP2, ITCH E3 ユビキチンリガーゼを欠失らδまでの 4 サブユニットから成り、SGC と略す）

もしくはインフレーム変異したマウス系統を樹が大複合体の中心的機能を担っている。ジストロ

立し、その筋肉に発現する DGC 或いは SGC の発現

フィンとは別に、ジストログリカン(DG)やサルコを解析する。WWP1 については、NH-413 ニワトリ

グリカン(SG)遺伝子が傷害され、DGC や SGC の形と同じミスセンス変異（R436Q）を導入したノッ成が阻害された場合でも筋ジストロフィーにな

クイン（Knock in: KI）マウスを用いた。mdx のることが知られているが、DMD でジストロフィン

筋肉では顕著な DGC と SGC の分解が認められるたが消失すると、これら複合体も著しく減少するた

め、WWP1-KI との２重変異マウスを作製し、これめ、DMD の病態への影響が注目される。

ら複合体の分解が抑制されるかを検証する。また、

これまで我々は NH-413 ニワトリの責任タンパク

SGC をほぼ完全に消失させるγ-SG KO マウスでも質である WWP1 E3 ユビキチンリガーゼの解析を行

同様の解析を行う。尚、γ-SG KO と B6 コンジェってきたが、興味深いことに、DMD のマウスモデ

ニック mdx マウスは研究分担者の笹岡俊邦教授にルである mdx や SG ノックアウト(KO)マウスの筋より、それぞれ作製と系統樹立が行われた。

組織では WWP1 の発現が増強されていた。
そこで、

Wwp2 遺伝子及び Itch 遺伝子欠損マウスの解析：- 225 -

我々は WWP1 の機能代償を防ぐ目的で、類似の E3継代が計画通りに進まなかったことがある。Wwp2リガーゼをコードする Wwp2 と Itch 遺伝子の改変

及び Itch 遺伝子の傷害はいくつかの疾患を生じマウスを作製した。これらの安定的系統を樹立すさせることが報告されているのに加え、当方の飼ると共に、WWP1-KI とこれらマウスの２重変異、育施設改修、また新型コロナウイルスによる緊急或いは３重変異マウスを作製し、それぞれの筋組

事態宣言下での飼育環境の変化などが重なった織における DGC や SGS への影響を解析する。

ことが影響したと考えられる。今後はより効率的に産子を得られるよう、安定した飼育環境を構築
し、着実に交配を重ねて行く計画である。

C.研究結果R436Q 変異を持つ WWP1-KI マウスの筋肉では
WWP1 は分解し、筋細胞膜への局在が消失する。こE.結論の変異は WWP1 に自己分解を誘起する機能喪失型

マウスの筋肉において、WWP1 単独の機能喪失がであり、WWP1 の機能的ノックアウト（KO）マウス

直ちに DGC や SGC の分解に影響を及ぼさないことと見なすことができる。我々はこれを mdx と交配から、WWP1 が両複合体の代謝回転にどのように関し DGC を構成するβ-DG の発現について調べたが、与するのかを明らかにすることはできなかった。

ジストロフィン消失に伴う減少に変化はなかっ注目されるのは WWP2 と ITCH の WWP1 に対する代た。また、SGC についても同様の結果であった。

償性であり、今後は、これら分子を含めた総合的

更に、SGC をほぼ完全に消失させるγ-SG KO マウ

な解析が重要になると考えられた。

スと WWP1-KI マウスの交配を行なったが、この筋組織においても SGC の消失は抑制されなかった。
これらの結果は DMD での DGC 及び SGC の減少が
WWP1 の機能に因らないことを示していた。骨格筋には WWP1 に酷似した WWP2 と ITCH という E3 リガ

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なし
2.学会発表1. Nogami K, Maruyama Y, Sakai-Takemura F,ーゼが発現しているため、これら 2 種類の分子のMotohashi N, Elhussieny A, Imamura M, Miyashita

変異体を発現するマウスと WWP1-KI との 2 重及びS, Ogawa M, Noguchi S, Tamura Y, Miyake K, Kira

3 重変異マウスの作製を試みたが、これらを mdx

J, Aoki Y, Takeda S, Miyagoe-Suzuki Y. 筋小胞体

やγ-SG KO マウスと交配するところまでは至らな

カ ル シ ウ ム ポ ン プ SERCA の 活 性 化 に よ るかった。予備的実験においては、WWP1-KI と WWP2

Duchenne 型筋ジストロフィーモデルマウスにおけのインフレーム欠失を持つ 2 重変異マウスを mdx

るミトコンドリア呼吸能の改善．第 43 回分子生物学

マウスを掛け合わせることには成功したが、この会．2020 年 12 月 2-4 日（Online 開催）

筋肉での DGC と SGC の分解に変化は認められなか

2. 野上健一郎, 丸山友輔, 竹村英子, 本橋紀夫,

った。

Ahmed Elhussieny, 今村道博, 宮下聡, 小川恵,
野口悟, 三宅克也, 田村優樹, 吉良潤一, 青木

D.考察吉嗣, 武田伸一, 鈴木友子．筋小胞体カルシウム

Yoon らのグループは培養細胞を用いた in vitro

ポンプ SERCA の活性化による、Duchenne 型筋ジ

解析からジストロフィン消失に伴うβ-DG 分子のストロフィーモデルマウスの病態改善．第６回日本

減少は WWP1 による分解の結果であると報告して筋学会 2020 年 12 月 18-19 日（Online 開催）.

いる（BBA-Molecular Basis of Disease, 2018）。
しかしながら我々の生体を用いた実験結果はそれに疑問を呈するものであった。少なくとも WWP1

G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）

分子のみが DGC 分解に関与しているのではないことを示していた。そこで、WWP2 と ITCH との関係が注目されるが、残念ながら今回、これら 2 種類の WWP1 類似分子の役割について明らかにすることはできなかった。その原因にはこれらマウスの- 226 -

1.特許取得なし
2.実用新案登録
なし
3.その他
なし

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

脳・神経回路におけるドーパミンの機能解析
小山内 実 1）2）
研究分担者 笹岡 俊邦 3）

研究代表者

1）大阪大学大学院医学系研究科 2）東北大学大学院医学系研究科 3）新潟大学脳研究所
研究要旨
ドーパミンの枯渇によりパーキンソン病が発症することなどから、ドーパミンは脳機能を制御する
重要な因子であると考えられている。しかし、ドーパミン受容体を介した情報伝達がどのような機能を担っているのかは必ずしも明らかではない。そこで、本研究では、D1 ドーパミン受容体のノックダ
ウンマウスを用い、ドーパミンが関与していると考えられている運動能力試験と、定量的マンガン造
影 MRI による全脳神経活動履歴計測を行った。
3 週間のドキシサイクリン投与によりドーパミンをノックダウンした結果、運動能力の低下と無動症状が観察された。また、自由行動時の全脳神経活動履
歴計測の結果、側坐核、腹側淡蒼球、 扁桃体を中心とした辺縁系を中心に神経活動の亢進が観察された。加えて、D2 受容体に Ca2+ 感受性蛍光タンパク質 G-CaMP を発現しているマウスの作出に成功し、多細胞 Ca2+ イメージングによる神経活動計測に成功した。

A.研究目的B.研究方法（倫理面への配慮を含む）

黒質緻密部のドーパミンニューロンが減少す

本研究は東北大学環境・安全委員会遺伝子組換ることでパーキンソン病が発症することなどかえ実験安全専門委員会、同動物実験専門委員会、ら、ドーパミン受容体は神経活動を調節する重要及び大阪大学遺伝子組換え実験安全委員会、同動

な代謝型受容体であると考えられている。ドーパ物実験委員会の許可を得て行った。

ミン受容体のノックアウト動物では、脳・神経回(1) D1 受容体ノックダウンによる行動異常及び全路の発生、生後発達に影響を与える恐れがある。

脳神経活動計測

そこで、ドーパミン受容体を生後任意の時期にノ新潟大学脳研究所より提供を受けた D1 ドー

ックダウンすることができるコンディショナル

パミン受容体ノックダウンマウスに対して、ドキノックダウンマウスを用い、行動実験、活動依存

シサイクリン(Dox) 投与前、1 週間後、3 週間後、性マンガン造影 MRI による全脳神経活動履歴計測

投与終了 1-2 週間後に運動機能解析を行った。

を同個体に対して実施することで、ドーパミン受

また、同個体に対して定量的活動依存性マンガン

容体ノックダウンによる表現系の変化、神経活動

造影 MRI による全脳神経活動履歴計測を行った。

の変化を解析する。また、ドーパミン受容体発現

これにより、ドーパミン受容体の減少に伴う、運細胞に cre リコンビナーゼを発現しているマウ

動機能としての行動学的な表現系の変化と、神経スと flox-G-CaMP マウスとを交配させることに活動の変化を定量的に評価した。

2+

より、ドーパミン受容体発現細胞の Ca

イメー(2) ドーパミン受容体発現細胞特異的な神経活動計測

ジングを行う。これにより、ドーパミン受容体及新潟大学脳研究所より提供を受けたドーパミ

びドーパミン受容体発現細胞の機能解明を目指す。

ン D2 受容体に cre リコンビナーゼを発現して- 227 -

いるマウスの系統を確立するとともに、行動実験の結果から、D1 受容体ノックダウン

flox-G-CaMP マウスと交配させることにより、線により運動機能の低下が起こることが明らかと

2+感受性蛍光タンなった。一方、活動依存性マンガン造影 MRI に

パク質 G-CaMP を発現するマウスの系統を確立

よる全脳神経活動履歴計測の結果から、D1 受容した。このマウスの線条体脳スライス標本を用い体ノックダウンにより、側坐核、腹側淡蒼球、 扁

条体 D2 受容体発現細胞で Caて、多細胞 Ca2+

イメージングによる神経活動計

桃体を中心とした辺縁系の神経活動が亢進することが明らかとなった。これらの結果から、D1 受

測を行うことができるかを検証した。

容体ノックダウンによる運動機能の低下は、脳の運動系が関与する筋活動の異常によるものより
C.研究結果も、辺縁系が関与する情動の異常により関連して(1) D1 受容体ノックダウンによる行動異常及び全いる可能性が示唆された。
(2) ドーパミン受容体発現細胞特異的な神経活動

脳神経活動計測

計測

協調運動テストとして、ローターロッドテス
ト、ビームウォークテスト、ポールテストを行D2 受容体発現細胞に G-CaMP を発現するマウった。これらの運動機能試験では、3 週間の Dox

スの線条体における多細胞 Ca2+ イメージングの投与により成績の低下が見られた。無動のテス結果から、単発刺激でも十分神経活動を計測できトとして、カタレプシーテストを行った。カタることが明らかとなった。これにより、in vitro,

レプシーテストでは Dox 投与期間が 1 週間でin vivo において、多細胞神経活動イメージング

も無動時間が長くなり、3 週間ではさらに長くを行うことが可能となることが示唆され、間接路なった。

の神経活動機序を明らかにするための端緒とな

これらの行動実験を行ったマウスに対して、った。

定量的活動依存性マンガン造影 MRI による全脳神経活動履歴計測を行った。その結果、3 週間の Dox 投与により神経活動が亢進している

E.結論

領域が複数見られた。特に、側坐核、分界条床

D1 受容体ノックダウンにより、運動機能の低核、腹側淡蒼球、扁桃体、視床、視床下部、上下が見られたが、これは辺縁系の神経活動亢進に丘などで、顕著な神経活動の亢進が観察された。

よるものであることが示唆された。

(2) ドーパミン受容体発現細胞特異的な神経活動

D2 受容体に G-CaMP を発現しているマウスの作出及び多細胞 Ca2+ イメージングに成功した。

計測
ドーパミン D2 受容体発現細胞に cre リコン
ビナ－ゼを発現している Drd2-iCre マウスの提供を受け、C57BL/6J と交配させることによりこのマウスの系統を確立した。この Drd2-iCre マ
ウスと、floxed-G-CaMP マウスを交配させること

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表なし

により、D2 受容体発現細胞に G-CaMP を発現しているマウスの作出に成功した。このマウスの線

2.学会発表条体スライス標本で、多細胞 Ca2+ イメージングなしを行ったところ、刺激頻度に応じた Ca2+ 上昇の計測を行うことに成功した。
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
なし
D.考察(1) D1 受容体ノックダウンによる行動異常及び全脳神経活動計測- 228 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

後部視床下部において過眠症に関連する DNA メチル化部位の探索と各脳領域に特異的なメチル化プロファイルの探索
嶋多 美穂子 1), 2）
研究分担者 柿田 明美 3），宮川 卓 2），藤本 明洋 1）
研究代表者

1）東京大学大学院医学系研究科人類遺伝学分野 2）公益財団法人東京都医学総合研究所精神医学
行動分野睡眠プロジェクト 3）新潟大学脳研究所生命科学リソース研究センター
研究要旨
本研究ではナルコレプシーに関連する DNA メチル化部位のゲノムワイドな探索を目的とし、患者と対照群の死後脳の後部視床下部、及び側頭葉皮質における網羅的メチル化解析を行った。その結果、ナルコレプシーに関連するメチル化部位は後部視床下部特異的であるとの結果が得られた。さらに新潟大学脳研究所の対象群サンプル（後部視床下部、側頭葉皮質、小脳）の解析を行うことにより、脳の DNA メチル化は、部位によって大きく異なり、その原因は脳の各部位を構成する細胞の構成が異なることに由来することが明らかとなった。本年度は脳の部位特異性に着目し、後部視床下部特異的に発現しているスプライシングバリアントの検出を目的として、その解析基盤の整備を行うと共に、視床下部で神経損傷に関わる可能性が指摘されている CD4 および CD8 陽性 T 細胞各々における網羅的 DNA メチル化解析を実施した。

また本研究のもう一つの目的は、後部視床下部

A.研究目的
本研究は、新潟大学脳研究所のサンプル（後部における神経損傷に関わっているとされる CD4 お

視床下部、側頭葉皮質、小脳）を用いた DNA メチ

よび CD8 陽性 T 細胞における、ナルコレプシー関

ル化解析からも明らかとなった脳の部位特異性

連 DNA メチル化部位を探索し、各々の細胞に疾患に着目し、ナルコレプシーで神経の脱落が起こっ

特異的な異常がないかを検討することである。

ている後部視床下部特異的に発現しているスプ
ライシングバリアントを検出することを目的とB.研究方法（倫理面への配慮を含む）

する。これまでのスプライシングバリアントに関

1. B 細胞由来 cDNA のロングリードシークエンスする研究で用いられてきたショートリードシー

脳由来のサンプルよりも高い RIN 値が期待さ

クエンス等の手法では、mRNA の全長を解析するこれる B 細胞由来の RNA から得られた cDNA を用とができず、そのデータに基づくスプライシング

いたロングリードシークエンスを行い、データのバリアントは推定にならざるを得なかった。これ

標準化法や解析方法についての検討を行った。国に対し、ロングリードシークエンスでは、多くの

際 Hapmap 計画で解析された日本人サンプルの B

遺伝子に対して全長の mRNA の解析が可能である細胞株（N = 67）から RNA を抽出し、逆転写してことから、スプライシングバリアントについての

cDNA にしたサンプルを、Oxford Nanopore シーク

より確からしい情報を得ることができるため、本エンサーを用いたロングリードシークエンス法

研究ではロングリードを用いて脳の後部視床下にて解析を行った。

部の遺伝子発現解析を行う。

2. データの標準化についての検討- 229 -

得られたデータを用いて、標準化法の必要性に遺伝子の長さによって得られるリード数にバイついて検討を行った。先行研究から、ロングリー

アスがあるかどうかを検討した。その結果リード

ドシークエンスにおいても問題となる可能性が配列の GC 含量と得られるリード数の間には弱い1ある Sample-specific GC content bias 並びに
1

Sample-specific length bias について検討を行
2

負の相関があったものの、サンプル間の比較におい て 、 サ ン プ ル 間 の 発 現 量 変 化 （ log2(foldい、conditional quantile normalization の有change)）と GC%の相関係数の最大値は r=0.29 と用性についての検討を行った。

なり、明らかに補正が必要なほどのバイアスはな

3. CD4 および CD8 陽性 T 細胞における DNA メチル

いと考えられた。遺伝子の長さについても長さに化解析

よって得られるリード数はほぼ同等であること

ナルコレプシー患者（N=28）及び対照群（N=28）が明らかとなった（サンプル間の発現量変化と遺の末梢血から磁気ビーズを用いて CD4 および CD8

伝子長の相関係数の最大値は r=0.19）。これらの陽性 T 細胞を分離し、DNA を抽出した。それらのバイアスは conditional quantile normalization

DNA か ら メ チ ル 化 ア レ イ （ Infinium®

を実施した後のデータでは、若干の改善が見られMethylationEPIC BeadChip (illumina)）を用いた（GC% r=0.16, 遺伝子長 r=0.09）。

て DNA メチル化率についてのデータを取得した。

3. CD4 および CD8 陽性 T 細胞における DNA メチル

フィルタリングならびに標準化を行い、患者・健化解析

常者間でメチル化率の比較を行った。

患者・健常者の比較の結果、特に CD4 陽性 T 細さらにナルコレプシー患者（N=14）及び対照群

胞で患者・健常者間のメチル化の違いが大きいこ（N=14）からなる異なるサンプルセットを用いたと、患者では全体的にメチル化率が低下している再現性研究も実施した。

ことが判明した。この傾向は再現性研究でも確認された。はじめの関連解析で P <1E-5 となり、再なお、本研究はヘルシンキ宣言に基づく倫理的現性研究で P <0.05 かつ患者での高/低メチル化

原則に則り実施され、東京大学、東京都医学総合の方向が一致した CpG 部位は 2 部位のみであり、研究所並びに新潟大学の倫理委員会の承諾を得

患者で低メチル化していた。一方、はじめの解析ている。また全ての被験者からは書面でのインフの P 値について複数の閾値を設定し（P<1E-4,

ォームドコンセントを得ている。

1E-3, 1E-2）検討したところ、再現性が得られる
部位のほとんどは、患者で低メチル化しており

C.研究結果（低メチル化部位数/再現された部位数：19/20,

1. B 細胞由来 cDNA のロングリードシークエンス

192/195, 1675/1710 ）、 こ れ は 解 析 CpG 部 位

日本人 B 細胞株由来 cDNA（N = 67）から得られ（N=735,578）のうち患者で低メチル化している

たロングリードシークエンスの総リード数の平部位の数（N=448,407）と比較した際にも有意に均値は 13,101,930（SD: 3,846,992）であり、平多かった（P の閾値 1E-3 の場合、P<2.2E-16,

均のリード長は 1220.8bp(SD: 59.8)であった。1

OR=41.0）。また、疾患関連メチル化領域としてはサンプル当たりの総リード数を 1M に補正した値

C1R や CCL5 といった免疫関連遺伝子上流領域が検が 0.5 より大きいものを発現しているとみなし、出され、再現性が確認された。

5%以上のサンプルで発現しているスプライシン
グバリアントを探索したところ、46,707 個が検出

D.考察された。さらに常染色体上にあるスプライシング

ロングリードシークエンスを用いて遺伝子発バリアントに絞ったところ、16,152 遺伝子に由来

現解析を実施した場合、ほとんどの mRNA についする 45,003 スプライシングバリアントが検出さては一度にその全長を読むことが可能であり、それた。

のため Sample-specific length bias は発生しに

2. データの標準化についての検討

くいと考えられる。また、ショートリードシーク

ロングリードシークエンスにて得られたデー

エンス法を用いた遺伝子発現解析で報告されてタを用いて、サンプルごとにリードの GC 含量といるほどの GC content bias も今回のデータでは- 230 -

確 認 さ れ な か っ た 。 そ の た め conditional

1. Joseph K. Pickrell et al. Nature 2010

quantile normalization によるバイアスの改善は

2. Kasper D Hansen et al. Biostatistics 2012

大きなものではなく、ロングリードシークエンスの発現データについては、サンプルごとの総リー
ド 数 を 揃 え れ ば 、 conditional quantile
normalization を行わなくとも妥当な結果が得られる可能性が示唆された。
また、T 細胞における DNA メチル化解析の結果
から、ナルコレプシー患者で疾患関連メチル化部
位が顕著に全体的な低メチル化傾向を示した。さらに低メチル化傾向を示す部位の特性について検討したところ、これらの部位は遺伝子のプロモーター領域に有意に少ないことが明らかとなった（P = 2.63E-5）。患者における低メチル化傾向
は先に実施した異なるサンプルの全血を用いた解析でも見られていたが、脳サンプルを用いたメチル化解析では見られていない。今後この T 細胞
における全体的な低メチル化が起こる原因を探索すると共に、解析やサンプルのバイアスに起因していないことをさらに詳細に検討する必要がある。
E.結論
B 細胞由来の cDNA を用いたロングリードシーク
エンス解析により、データの解析手法などについての知見が得られた。また、T 細胞における DNA
メチル化解析からは、特に CD4 陽性 T 細胞におけるメチル化率の異常がみられ、患者での低メチル化傾向が見られたことから、今後この現象について詳細に検討する必要がある。
F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表該当なし
2.学会発表該当なし
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
1.特許取得
該当なし
2.実用新案登録
該当なし
3.その他
該当なし
- 231 -

令和 2 年度新潟大学脳研究所｢脳神経病理資源活用の疾患病態共同研究拠点｣
共同利用・共同研究報告書

TDP-43 細胞内局在スイッチ制御による筋萎縮性側索硬化症モデルの作成

研究分担者

研究代表者 佐藤 俊哉 1）
大久保 直 1）
、加藤 利佳 2）、中村 幹昭 3）、笹岡 俊邦 4）1）北里大学医学部実験動物学 2）北里大学医学部遺伝子高次機能解析センター
3）北里大学医療系研究科 4）新潟大学脳研究所
研究要旨
ゲノム編集技術を用い、内在性 TDP-43 C 末領域の部分欠損マウス 12 系統を樹立した。各系統の特性から、TDP-43 C 末領域の約半分程度を欠損させると TDP-43 機能が失われ、C 末領域の前半部分は機能維持、後半部分は蛋白の安定性維持に重要な領域と考えられた。この C 末領域の前半部分を欠損した TDP-43 は 36 kDa の変異蛋白として確認されたが、核移行シグナル（NLS）が存在するにも拘らず核移行が阻害されていた。この結果から、NLS を制御するスイッチが TDP-43 C 末領域に存在するとの仮説を立て、質量分析を用いて TDP-43 の生理的な翻訳後修飾を検索し、脱アミドや酸化等を確認したが、細胞内局在と一致する翻訳後修飾は同定できなかった。そこで細胞内局在スイッチが存在する領域を狭め、候補となる翻訳後修飾を推定するため、Hela 細胞を用いたスクリーニング系を確立した。
天然変性領域である。一般的に天然変性蛋白は、

A.研究目的
筋萎縮性側索硬化症（ALS）は、運動神経特異

細胞内ネットワークにおけるハブ蛋白として働的な変性を特徴とする神経難病である。2006 年秋、き、翻訳後修飾により制御され、様々な蛋白と結孤発性 ALS に認められるユビキチン陽性封入体合する。そこで、このマウスを起点としてプロテ（skein-like inclusion）の主要な構成蛋白としオミクス技術を融合させることにより、未知のて TAR DNA-binding protein 43 kDa（TDP-43）がTDP-43 細胞内局在スイッチを明らかにする計画発見された。さらに TDP-43 は、常染色体性優性を立案した。

遺伝形式を示す家族性 ALS の原因遺伝子にもなることが報告され、ALS 病態の中心的な分子となっB.研究方法（倫理面への配慮を含む）

た。TDP-43 は、2 つの RNA 認識モチーフ（RRM）

野生型マウス（8 週および 42 週齢）の大脳を用を有する不均一核内リボ核酸蛋白に分類され、主い、EzSubcell Extract (ATTO)により細胞質と核に 核に 局在す るが 、実際 には 核移行 シグ ナルに分画後、ゲル内消化と質量分析により TDP-43（NLS）と核外移行シグナル（NES）があり、核-由来のペプチド断片を同定した。次に TDP-43 な細胞質間をシャトルしている。しかし ALS の残存

どの天然変性蛋白を特異的に沈殿させる方法と運動神経では、TDP-43 は細胞質に局在を変えて凝して、Biotinylated isoxazole（b-isox）分画法

集体を形成することから、このシャトルを制御すが開発されているため（Kato et al. Cell 2012 6

るスイッチの同定が、ALS 病態の解明に必要であ

149: 753）、8 週齢のマウス大脳を用い、本論文にる。申請者は、ゲノム編集技術を用いて TDP-43 C

従って濃縮を行なった。培養細胞を用いた実験は、末領域の部分欠損マウスを作成し、このスイッチ

新潟大学脳研究所脳神経内科学分野の小野寺理が C 末領域内に存在することを示唆する結果を得

教授より、pEGFP-C3 ベクターのクローニングサイ

た。C 末領域はプリオン様ドメインとも呼ばれる

ト（XhoI/PstI）に野生型 TARDBP cDNA をつない- 232 -

だクローンの提供を受け、これを PCR により改変

TDP-43 C 末領域に存在するプリオン様ドメイン

してコンストラクトを作成し、Hela 細胞への一過は、非荷電極性アミノ酸（Asn、Gln、Tyr）と Gly

性発現後、ウェスタンブロットにて TDP-43 の細を主体とする low complexity 配列から成り、ト

胞内局在を確認した。

リプシンによる切断部位（Lys、Arg）が極めて少

なお、本研究における遺伝子組換え実験は、北ないため、ペプチド鎖が長くなるために質量分析

里大学医学部遺伝子組換え実験安全管理委員会、による同定が困難である。また UniProt 上で示さおよび北里大学遺伝子組換え実験安全委員会のれている TDP-43 の翻訳後修飾は、SUMO 化（K79、審査と学長の承認を受けて実施した。また動物実

K84、K95、K102、K181、K263）、リン酸化（S183、

験は、北里大学医学部動物実験委員会の審査と医S292）、メチル化（R293）のみである。これらは学部長の承認を受けて実施した。

リン酸化濃縮などの特殊な方法を用いた解析により同定されたものであり、TDP-43 の充分な濃縮ができなければ、相対的な割合が少ない翻訳後修

C.研究結果野生型マウスの大脳から細胞質および核分画飾の同定は難しい。研究当初は、特定のバイアスを抽出し、トリプシンを用いたゲル内消化と質量なしに同定する予定であったが、今後は Hela 細分析にてペプチド断片を同定したところ、TDP-43胞を用いたスクリーニング系にシフトし、解析をのカバー率は 41%と低く、TDP-43 特異抗体による継続する予定である。

免疫沈降法を用いてもカバー率は 42%に止まり、両者を合わせても 44%であった。そこで TDP-43 な

E.結論

どの天然変性蛋白を特異的に沈殿させる方法と野生型 TDP-43 には、脱アミドや酸化等の翻訳して、b-isox 分画法を用いて TDP-43 の濃縮を試

後修飾が確認されたが、細胞内局在と一致する翻みたところ、回収率は〜1％程度と低く、濃縮率

訳後修飾は同定できなかった。今後は Hela 細胞

は〜10 倍程度と TDP-43 に対する特異性も充分でを用いたスクリーニング系にシフトし、細胞内局はなかった。翻訳後修飾を同定するため、これま

在スイッチの候補領域を狭める。

でにゲル内消化、免疫沈降法、b-isox 分画法などを行なったが、充分な濃縮が難しいことから、細胞内局在スイッチの候補となる領域を狭める方策に転換した。候補領域をスクリーニングするた

F.研究発表（上記課題名に関するもの）
1.論文発表該当なし

め、EGFP タグを融合させたヒト TDP-43 発現コン2.学会発表ストラクトを作成し、Hela 細胞に導入した。ヒトTDP-43 C 末領域の前半部分を欠損させたコンスト佐藤俊哉．筋萎縮性側索硬化症モデルの作成

ラクトを発現させた結果、変異型マウスと同様にと解析．2020 年度脳研究所共同利用共同研究

核移行が阻害された TDP-43 が確認された。

（笹岡班）合同セミナー、2021 年 1 月 20 日、新潟大学脳研究所（新潟）オンライン会議
G.知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
該当なし

D.考察
- 233 -

Joint Usage / Research Report FY 2020
The Collaborative Research Center for Brain Diseases Utilizing Neuropathological Resources
Brain Research Institute, Niigata University

Production of congenital nystagmus model mice and analysis of visual function
Principal Investigator Keisuke Yonehara1
Co-Investigators Toshikuni Sasaoka2, Manabu Abe2
1 DANDRITE, Department of Biomedicine, Aarhus University 2 Center for Bioresource-based Researches, Brain
Research Institute, Niigata University
Abstract
Detection of visual motion is fundamental to the function of our visual system. The first stage where visual motion
is computed in the brain is the retina. Dysfunction of retinal motion computation is linked to congenital nystagmus,
a severe eye movement disorder of humans and mice. In collaboration with Prof. Toshikuni Sasaoka and Dr. Manabu
Abe, we have been producing knock-in mice for genetically labeling retinal bipolar cell types, which play criticalroles in retinal motion computation. We have been creating 3 mouse lines in which cell type specific promoters areconnected to DNA recombinase or tetracycline-controlled transactivator (tTA). The obtained mouse lines will betransported to DANDRITE Denmark where PI of this project will analyze light responses of labeled cell types with
two-photon-targeted patch clamp recordings and two-photon glutamate imaging, and then test the effect of silencing
these cell types with chemogenetic tools such as DREADD on the retinal motion computation and eye movements
to gain causal relationship between temporal dynamics of individual bipolar cell types and direction-selective
computation by direction-selective ganglion cells. This project would provide key insights not only into the basic
functioning of retinal circuits but also how impaired activity and connectivity of retinal cell types may lead to thevisual disorders.

A. INTRODUCTION
Yonehara recently found that spatially asymmetricwiring between type-5 bipolar cell types and ON
direction-selective cells are important for the visualmotion computation in the mouse retina (Matsumoto etal., 2019 Curr Biol). In order to genetically target
individual type-5 bipolar cells for manipulating activity
or gene expression, we aimed to generate knock-in
mouse lines in which cell type specific promoters areconnected to either Cre recombinase or tTA.

B. MATERIALS AND METHODS
Materials
BAC DNA constructs for containing mouse Sox6,
Chrm2, and Slitrk5.
ES cells derived from C57BL/6 mouse line.

ICR mice for implanting gene-introduced ES cells.
Methods
First, targeting vectors to generate knock-in mouselines were made by DNA cloning and recombinant
DNA experiment. Next, the targeting vectors were
electroporated into ES cells, and the cells were cultured
under the drug selection. ES cell colonies which were
survived under the drug selection were screened for thecorrect homologous recombination. After the ES cells
harboring the correct gene insertion are confirmed bySouthern blot or DNA sequencing, the ES cells weremicroinjected into 8-cell stage embryos of ICR strainsby the micro-manipulation. The microinjected
blastocysts were transplanted into the uterus of pseudopregnant female mice.

C. RESULTS/OUTCOMES

Yonehara visited BRI Niigata University 21
December 2020 to discuss the plan for thisCulture medium for the ES cells.
- 234 -

collaborative project.
To label type-5A bipolar cells, we made atargeting vector for making Sox6-mtTA-KI mice,in which mtTAwprepA-Neo cassette is inserted
immediately after ATG start codon in exon 3 of
Sox6 in the mouse genome. Endogenous Sox6
gene is disrupted. However, we have been failingto obtain chimera mice due to potential embryoniclethality. In the recently accepted Global
Collaborative Research Project FY 2021, we aim
to make a targeting vector for making Sox6CreERT2-KI mice, in which CreERT2wprepANeo cassette is inserted immediately after ATG
start codon of Sox6 in the mouse genome.

E. CONCLUSION

Generation of F1 heterogenous mice for 2 strains has
been successfully achieved. We will start a new Global
Collaborative Research Project next year to complete
the analysis of visual function of these mouse lines andgenerate a few more mouse lines to label type-5A andtype 7 bipolar cells

F. PUBLICATIONS
1. PAPERS
No papers published yet.
2. PRESENTATIONS
Not presented yet.

To label type-5B bipolar cells, we made atargeting vector for making Chrm2-iCreS-KI
mice, in which iCreSwprepA-Neo cassette isinserted immediately after ATG start codon inexon 3 of Chrm2 in the mouse genome.
Endogenous Chrm2 gene is disrupted. We havesuccessfully obtained F1 heterozygous mice asconfirmed by genomic PCR. We have preserved
frozen sperm for shipment. We will use
heterozygous mice for experiments.

G.
APPLICATION AND REGISTRATIONSTATUS ON INTELLECTUAL PROPERTYRIGHTS
1. PATENT
Not applicable.
2. UTILITY MODEL REGISTRATION
Not applicable.
3. OTHERS
Not applicable.

To label type-5C bipolar cells, we made atargeting vector for making Slitrk5-CreERT2-KI
mice, in which CreERT2wprepA-Neo cassette isinserted immediately after ATG start codon of
Slitrk5 in the mouse genome. Endogenous Slitrk5
is disrupted. We have successfully obtained F1heterozygous mice as confirmed by genomic
PCR. We have preserved frozen sperm forshipment. We will use heterozygous mice forexperiments.

D. DISCUSSION

F1 heterozygous mice for labeling type-5B and -5C
bipolar cells have been successfully established. Frozen
sperm from these lines are being transported to the PI
Keisuke Yonehara at DANDRITE, Denmark. For
labeling type-5A bipolar cells, new strategies that do
not use mtTA should be evaluated to avoid potential
embryonic lethality. For this reason, we will makeSox6- CreERT2-KI mice in the future project. In case
we fail to label single cell types in the retina, we willchange the strategy for generation of geneticallymodified mice for target genes (e.g. use of Cre or
CreERT or tTA).
- 235 -

Joint Usage / Research Report FY 2020
The Collaborative Research Center for Brain Diseases Utilizing Neuropathological Resources
Brain Research Institute, Niigata University

Elucidating the role of autophagy in NF1-associated gliomas
Principal Investigator Fausto J Rodriguez1
Co-Investigators Manabu Natsumeda2, Shoji Saito2, Masayasu Okada2, Yukihiko Fujii2,
Akiyoshi Kakita3
1

Department of Pathology, Johns Hopkins University School of Medicine,23

Department of Neurosurgery and Pathology, Brain Research Institute, Niigata University
Abstract

We have previously shown mTOR activation in neurofibromatosis type 1 (NF1)-associated gliomas, tuberous
sclerosis complex, subependymal giant cell astrocytomas and focal cortical dysplasia (FCD) type IIb with somatic
mutations in mTOR. The mTORC1 pathway is a well-known regulator of autophagy. However, theinduction/suppression has not been well studied in these disease entities. We present preliminary results ofimmunohistochemistry of autophagy markers in these tissues.

A. INTRODUCTION

Our group and others have demonstrated a role for
mTOR activation in the biology of gliomas developingin patients with neurofibromatosis type 1 (NF1) 5,
similar to tumors developing in patients with tuberous
sclerosis complex (TSC1) 6. Additionally, a subset of
NF1-associated gliomas demonstrates phenotypicfeatures similar to subependymal giant cell
astrocytoma (SEGA), a disease defining manifestationof TSC complex2. Also, mTOR is known to be
activated in focal cortical dysplasia (FCD) type IIb withsomatic mutations in mTOR4. The mTORC1/2 pathway,
especially mTORC1, is known to be a master regulatorof autophagy. Inhibition of mTORC1/2 induces
autophagy and activation suppresses autophagy. We
now aim to test protein levels of autophagy related
proteins in NF1-associated gliomas, TSC and FCD
Type IIb.

Surgical specimens were fixed with 20% bufferedformalin and embedded in paraffin (FFPE). Sections
were stained with hematoxylin-eosin (HE), LC3B andp62.

C. RESULTS/OUTCOMES

We found staining for LC3B and p62 in NF1-associatedgliomas to be robust (Fig 1). We had speculated that
LC3B expression would be suppressed and p62
expression to be high in NF1-associated gliomas,
expected to be mTORC1-activated. This was not thecase.

B. MATERIALS AND METHODSPatients
Unstained slides of previously characterized NF-1
associated gliomas were sent to BRI for
immunohistochemical analysis. Additional unstained
slides from characterized TSC, SEGA and FCD TypeIIb cases were prepared.
Histological and immunohistochemical analysis

Fig 1. Immunostaining of LC3B and p62 in NF1associated gliomas.
- 236 -

6. Natsumeda M, Maitani K, Liu Y, Miyahara H,

D. DISCUSSION

To improve our understanding of the preliminary
results, the following steps were thought to benecessary.
1. Immunohistochemistry analysis of phosphor-S6 isneeded to assess whether mTORC1 pathway isactivated in these lesions or not.
2. Careful assessment of punctate staining,suggesting the presence of autophagosomes, in thecytoplasm of cells is necessary.
3. We had used a very diluted concentration of p62(x1000), and thus should be increased.

E. CONCLUSION

Preliminary results showed that assessment of LC3B
and p62 is feasible by immunohistochemistry. Further
steps shown above are needed to properly assess
mTORC1 activation and expression of autophagyassociated proteins in NF1-activated gliomas, SEGAs,
TSC and FCD type IIb with somatic mutations ofmTOR.

F. PUBLICATIONS
1. PAPERS
1. Natsumeda M, Miyahara H, Yoshimura J, Nakata
S, Nozawa T, Ito J, Kanemaru Y, Watanabe J,
Tsukamoto Y, Okada M, Oishi M, Hirato J, Wataya
T, Ahsan S, Tateishi K, Yamamoto T, Rodriguez FJ,
Takahashi H, Hovestadt V, Suva ML, Taylor MD,
Eberhart CG, Fujii Y, Kakita A. GLI3 is associatedwith neuronal differentiation in SHH-activated and
WNT-activated medulloblastoma. J Neuropathol
Exp Neurol, 80(2):129-136, 2021.
2. Nix JS, Yuan M, Imada EL, Ames H, Marchionni L,
Gutmann DH, Rodriguez FJ. Global microRNA
Profiling Identified miR-10b-5p as a Regulator of
Neurofibromatosis 1 (NF1)-glioma Migration.
Neuropathol Appl Neurobiol 2021; 47:96-107
3. Klionsky D, Natsumeda M, 2922 other authors.
Guidelines for the use and interpretation of assays
for monitoring autophagy (4th edition).
Autophagy, 17(1):1-382, 2021.
4. Natsumeda M, Liu Y, Nakata S, Miyahara H,
Hanaford A, Ahsan S, Stearns D, Skuli N, Kahlert
UD, Raabe EH, Rodriguez FJ, Eberhart CG.
Inhibition of enhancer of zest homologue 2 is apotential therapeutic target for high-MYC
medulloblastoma. Neuropathology 39:71-77, 2019.
5. Palsgrove DN, Brosnan-Cashman JA, Giannini C,
Raghunathan A, Jentoft M, Bettegowda C, Gokden
M, Lin D, Yuan M, Lin MT, Heaphy CM,
Rodriguez FJ. Subependymal giant cell
astrocytoma-like astrocytoma: a neoplasm with adistinct phenotype and frequent neurofibromatosis
type-1-association. Mod Pathol 31(12): 1787-1800,
2018.

Kaur H, Chu Q, Zhang H, Kahlert U, Eberhart CG.
Targeting Notch signaling and autophagy increases
cytotoxicity in glioblastoma neurospheres. Brain
Pathol 26(6):713-23, 2015.
7. Nakashima M, Saitsu H, Takei N, Tohyama J, Kato
M, Kitaura H, Shiina M, Shirozu H, Masuda H,
Watanabe K, Ohba C, Tsurusaki Y, Miyake N,
Zheng Y, Sato T, Takebayashi H, Ogata K,
Kameyama S, Kakita A, Matsumoto N. Somatic
Mutations in the MTOR gene cause focal corticaldysplasia type IIb. Ann Neurol 78(3):375-86, 2015.
8. Hütt-Cabezas M, Karajannis MA, Zagzag D, ShahS, Horkayne-Szakaly I, Rushing EJ, Cameron JD,
Jain D, Eberhart CG, Raabe EH, Rodriguez FJ.
Activation of mTORC1/mTORC2 signaling inpediatric low-grade glioma and pilocytic
astrocytoma reveals mTOR as a therapeutic target.
Neuro Oncol 15(12):1604-14, 2013.
9. Miyahara H, Natsumeda M, Shiga A, Aoki H,
Toyoshima Y, Zheng Y, Takeuchi R, Murakami H,
Masuda M, Kameyama S, Izumi T, Fujii Y,
Takahashi H, Kakita A. Suppressed expression of
autophagosomal protein LC3 in cortical tubers oftuberous sclerosis complex. Brain Pathol, 23(3):254-62, 2013.
10. Natsumeda M, Aoki H, Miyahara H, Yajima N,
Uzuka T, Toyoshima Y, Kakita A, Takahashi H,
Fujii Y. Induction of autophagy in temozolomide
treated malignant gliomas. Neuropathology 31:
486-93, 2011.
11. Jentoft M, Giannini C, Cen L, Scheithauer BW,
Hoesley B, Sarkaria JN, Abell-Aleff PC,
Rodriguez EF, Li Y, Rodriguez FJ. Phenotypicvariations in NF1-associated low grade
astrocytomas: possible role for increased mTOR
activation in a subset. Int J Clin Exp Pathol
4(1):43-57, 2010.
2. PRESENTATIONS
1. Rodriguez F. Role of ATRX and alternative
lengtheningof
telomeres(ALT)
inneurofibromatosis type 1-associated solid
malignancies. Niigata Neuroscience Seminar,
August 2019, Niigata.
2. Natsumeda M. Monitoring of autophagy ingliomas. Niigata Neuroscience Seminar, August
2019, Niigata.

- 237 -G.
APPLICATION AND REGISTRATIONSTATUS ON INTELLECTUAL PROPERTYRIGHTS(Including prospects)
1. PATENT
None
2. UTILITY MODEL REGISTRATION
None
3. OTHERS
4. Memorandum of Understanding (MOU) was
signed between Department of Pathology, Johns
Hopkins University and Brain Research Institute,
Niigata University in the February, 2019.

- 238 -

Joint Usage / Research Report FY 2020
The Collaborative Research Center for Brain Diseases Utilizing Neuropathological Resources
Brain Research Institute, Niigata University

HYDRODYNAMIC PATHOLOGY OF THE BRAIN
Principal Investigator Ingrid Kwee, M.D. 1
Co-Investigator Hironaka Igarashi, M.D., Ph.D. 2
1Department of Neurology, University of California, Davis 2Center for Integrated Human Brain Science, Brain
Research Institute, University of Niigata
Abstract
We plan to screen for aquaporin 4 modulators developed at the Center for Integrated Human Brain Science, Brain
Research Institute, for their impact on brain hydrodynamics using a high throughput in vivo MR technique,JJVCPE, also developed at the Center1. Potential drugs can thereby be screened efficiently and applied to animal
disease models which underlying pathology involve aberrant brain hydrodynamics.

A. INTRODUCTION
Aquaporin 4 (AQP-4) is a water channel unique tothe brain. Researchers at the Center havedeveloped a number of AQP-4 analogue
modulators both of inhibitory or facilitatory
nature. These modulators have helped define thenature by which central nervous system (CNS)
water flow is modulated. Indeed the Center’s teamof researchers have had many scientificpublications in this field culminating with thereview paper by Dr. Tsutomu Nakada and thisauthor, titled “Fluid Dynamics Inside the Brain
Barrier:Current Concept of Interstitial Flow, Glymphatic
Flow, and Cerebrospinal Fluid Circulation in the
Brain.2” The impact of AQP-4 modulation on thepotential prevention of Alzheimer’s disease is alogical endpoint as amyloid clearance from thebrain is CSF flow dependent. Nevertheless, from ascientific standpoint, a step by step approach is
prudent. Therefore, we embarked on
demonstrating that AQP-4 facilitation using TGN0733 can effect CSF reduction in a common
neurologic condition, hydrocephalus, in a mousemodel of hydrocephalus.

B. MATERIALS AND METHODS

The study was carried out in accordance with theanimal research guidelines of the Internal Review
Board of University of Niigata. Control andhydrocephalus mice were maintained understandard laboratory conditions under a 12/12 hlight/dark cycle. Food and water were available adlibitum. Animals breathing spontaneously andanesthetized with an intraperitoneal administrationof urethane (1.2 g/kg) were placed supine in acustom-designed Plexiglas stereotactic holder. The
head was fixed in position by ear and tooth bars.
Rectal temperature was maintained at 37±0.5°C
using a customized temperature control system.
Oxygen saturation was monitored throughout the
MR study using a pulse oxymeter Mouse Ox (Starr
Life Sciences Co., Oakmont, Pennsylvania, USA),with probe placement on the left thigh. Study micereceivedTGN-073
wasadministeredintraperitoneally at a dose of 20 mg/kg (controldose) or 200 mg/kg (experimental dose) in 0.2 ml
saline 30 min, daily, for 3 days before the study.
Normal saline of 0.2 ml was used for sham injection.
For the dynamic imaging study, 0.2 ml normal
saline containing 40% of [17O]H2O (Isotec Inc., St
Louis, Missouri, USA) was administered as an
intravenous bolus injection at the 75th phase(10 min after the first scan) using an automatic
injector at 0.04 ml/s through PE10 tubing inserted
into the right femoral vein.

- 239 -

Nakada T. and Kwee I.L. Fluid Dynamics Inside
the Brain Barrier: Current Concept of Interstitial
Flow, Glymphatic Flow and Cerebrospinal Fluid
Circulation in the Brain. The Neuroscientist May
1:1073858418775027. doi:
10.1177/1073858418775027. [Epub ahead ofprint], 2018.
3
Huber V.J., Igarashi H., Ueki S., Kwee I.L.,
Nakada T.Aquaporin-4 facilitator TGN-073
promotes interstitial fluid circulation within the
blood-brain barrier: [17O]H2O JJVCPE MRI study.
Neuroreport. Jun 13;29(9):697-703, 2018.
2

C. RESULTS/OUTCOMES
A significant reduction in the tracer ([17O]H2O)
content was found in the cortex, indicating higher
turnover of interstitial fluid of the cortex associatedwith AQP-4 facilitation, improving brain tissue
damage and brain function.

D. DISCUSSION
TGN-073 clearly reduces CSF in ventricles,
thereby reducing the degree of hydrocephalus in themice studied. The results support the application of
AQP-4 facilitators in Alzheimer’s disease where
increased amyloid clearance is anticipated to havea preventive effect on the development of
Alzheimer’s disease.

1. PAPERS
Manuscript based on the funded work is inpreparation.

E. CONCLUSION

2. PRESENTATIONS
Not applicable

Effect of AQP-4 facilitation using TGN-073 wasclearly established in the hydrocephalus mousemodel. The desired a priori effect on brain damage
and brain function was demonstrated, paving theway to application of TGN-073 and potential other
AQP-4 facilitators in the treatment of otherneurologic disorders such as Alzheimer’s disease.

G.

F. PUBLICATIONS

1Igarashi H., Tsujita M., Kwee I.L., Nakada T.

Water influx into cerebrospinal fluid is primarily
controlled by aquaporin-4, not by aquaporin-1:
17O JJVCPE MRI study in knockout mice.
Neuroreport. Jan 8;25(1):39-43, 2014.

APPLICATIONANDREGISTRATIONSTATUSONINTELLECTUAL PROPERTY RIGHTS
1. PATENT
Not applicable.
2. UTILITY MODEL REGISTRATION
Not applicable.
3. OTHERS
Not applicable.

- 240 -

Joint Usage / Research Report FY 2020
The Collaborative Research Center for Brain Diseases Utilizing Neuropathological Resources
Brain Research Institute, Niigata University

The role of striatal direct and indirect pathways and dopamine D2
isoforms in the pathophysiology of psychosis
Principal Investigator YanYan Wang1
Co-Investigator

Toshikuni Sasaoka2

1Department of Pharmaceutical Sciences and Health Outcomes, Ben and Maytee Fisch
College of Pharmacy, The University of Texas at Tyler, USA
2Department of Comparative & Experimental Medicine, Brain Research Institute,
Niigata University
Abstract
The goals of this research are to decipher the involvement of striatal direct and indirect pathways in thepathophysiology of psychosis and determine the differential role of two isoforms of the dopamine D2 receptor (D2L
and D2S) in the pathophysiology of neuropsychiatric disorders in mice. In the past year, Profs. Abe and Sakimura
have transferred a D2S KO chimeric mouse they generated to Prof. Sasaoka. Through a breeding scheme, Prof.
Sasaoka’s lab has obtained D2S heterozygous mice harboring the loxP-flanked allele of D2R gene and beta-actinCre gene and is in the process of breeding the mice to produce D2S homozygous mice. In collaboration with Profs.
Fukunaga’s and Shioda’s groups, it was revealed that D2L could interact with the 5-HT1A receptor. Deficiency in
D2L caused dysfunction of the 5-HT1A receptor, resulting in stress vulnerability in mice. In addition, D2L waslinked to the extracellular signal-regulated kinase (ERK) signaling pathway and the deletion of D2L attenuated theactivity of ERK, resulting in a decrease in dendritic spine density and neuronal activity. The collaborative researchleads to a better understanding of the role of the striatal pathways and two isoforms of the dopamine D2 receptor in
regulating motor and cognitive functions and in neuropsychiatric disorders.

A. INTRODUCTION
The striatum is the main receptive nucleus in the basal
ganglia of the forebrain and receives direct inputs fromvirtually all areas of the cerebral cortex. The striatumin turn sends its projections to other basal ganglia areas
through two main pathways: a direct pathway(projections from the striatum to the substantia nigra
pars reticulate) that is mediated by the dopamine D1
receptor (D1R), and an indirect pathway (projections
from the striatum to the globus pallidus) that ismediated by the dopamine D2 receptor (D2R). Two
isoforms of D2R: D2L (long form) and D2S (shortform), have been identified in rodents and humans andhave distinct functions. The adequate balance between
these two output pathways is crucial for motor control
and various cognitive functions. Our collaborative
research project is focused on delineating the
involvement of direct and indirect pathways and D2R
isoforms in the pathophysiology of neuropsychiatricdisorders such as schizophrenia and Parkinson’s
disease.

B. MATERIALS AND METHODS
We use a multidisciplinary approach including
molecular genetic technology, behavioral tests,
pharmacologicalassays,immunohistochemistry,
imaging technology, and electrophysiologicalrecordings. We are collaborating with Profs. Abe andSakimura group to generate D2S conditional KO mice.
We take advantage of the new method using RNA
splicing and Cre-loxP recombination to produce theconditional KO of D2S (Hayashi et al. Molecular Brain,
2014, 7:44).

C. RESULTS/OUTCOMES
Using the D2L KO mouse and a multidisciplinary- 241 -

approach, we previously demonstrated that D2L and
D2S indeed have differential functions. Our studies
also indicate that the D2L KO mouse provides avaluable model system to enable us to investigate thedifferential role of individual D2R isoforms in the
mammalian central nervous system (CNS). Clearly,
this series of research would be greatly strengthened if
we also have the D2S KO mouse.
Profs. Sakimura and Abe groups have generated the
D2S KO chimeric mouse and given a D2S KO chimericmouse to Prof. Sasaoka. Through a breeding scheme,
Prof. Sasaoka’s lab has obtained D2S heterozygous
mice harboring the loxP-flanked allele of D2R geneand beta-actin-Cre gene and is in the process ofbreeding the mice to produce the D2S homozygous
mice.
In collaboration with Profs. Fukunaga’s and Shioda’sgroups, it was revealed that D2L could interact with the
5-HT1A receptor. Deficiency in D2L caused
dysfunction of the 5-HT1A receptor, resulting in stressvulnerability in mice. In addition, D2L was linked tothe extracellular signal-regulated kinase (ERK)signaling pathway and the deletion of D2L attenuatedthe activity of ERK, resulting in a decrease in dendritic
spine density and neuronal activity.

D. DISCUSSION
Profs. Sakimura and Abe group has successfully
generated the D2S KO chimeric mouse and Prof.
Sasaoka’s lab has obtained D2S heterozygous mice.
This ensures us to be able to produce the D2S
conditional KO mice in the future. The results from thecollaborative research with Profs. Fukunaga’s andShioda’s groups further demonstrate that the D2L KO
mouse is a unique research tool for examining thedifferential functional role of individual D2R isoforms
in the CNS.

E. CONCLUSION
In summary, we have made significant progresses ingenerating the D2S conditional KO mice. In
collaboration with several faculty in Japan, we havemade a valuable contribution towards a better
understanding of the interactions between the
dopaminergic and serotonergic systems. We lookforward to continuing our collaborative research.

F. PUBLICATIONS
1. PAPERS
Shioda N, Imai Y, Yabuki Y, Sugimoto W, Wang YY,
Hikida T, Sasaoka T, Hasegawa E, Mieda M, Fukunaga
K (2019) Dopamine D2L receptor deficiency causes

stress vulnerability through 5-HT1A receptor
dysfunction in serotonergic neurons. Journal of
Neuroscience 39:7551-7563.
Ran Q, Zhou Q, Oda K, Yasue A, Abe M, Ye X, Li Y,
Sasaoka T, Sakimura K, Ajioka Y, Saijo Y. Generationof thyroid tissues from embryonic stem cells via
blastocyst complementation in vivo. Frontiers in
Endocrinology, section Thyroid Endocrinology,2020
Front.
Endocrinol.,14
December
2020
https://doi.org/10.3389/fendo.2020.609697
Yamaguchi T, Sumida T, Nomura S, Satoh M, Higo T,
Ito M, Ko T, Fujita K, Haywood M, Sanbe A, Yoshimi
K, Manabe I, Sasaoka T, Taylor M, Toko H, Takimoto
E, Naito A, Komuro I. Cardiac Dopamine D1 Receptor
Triggers Ventricular Arrhythmia in Chronic Heart
Failure. Nature Communications, 2020 Aug
31;11(1):4364. doi: 10.1038/s41467-020-18128-x.
Kitahara A, Ran Q, Oda K, Yasue A, Abe M, Ye X,
Sasaoka T, Tsuchida M, Sakimura K, Ajioka Y, Saijo Y,
Zhou Q.: Generation of Lungs by Blastocyst
Complementation in Apneumic Fgf10-Deficient Mice.
Cell Reports. 2020 May 12;31(6):107626. doi:
10.1016/j.celrep.2020.107626.
Saito N, Tainaka K, Macpherson M, Hikida T,
Yamaguchi S, Sasaoka T. Neurotransmission throughdopamine D1 receptor is required for aversive memory
formation and Arc activation in the cerebral cortex.
Neuroscience Research. 2020 Jul;156:58-65. doi:
10.1016/j.neures.2020.04.006.
Nakamura T, Rios LC, Yagi T, Sasaoka T, Kitsukawa T.
Dopamine D1 and muscarinic acetylcholine receptors
in dorsal striatum are required for high speed running.
Neuroscience Research 2020 Jul; 156: 50-57.doi:
10.1016/j.neures.2019.12.001.
Uchigashima M, Konno K, Demchak E, Cheung A,
Watanabe T, Keener D G, Abe M, Sakimura K, Sasaoka
T, Uemura T, Imamura Karasawa Y, Watanabe M, Futai
K. Specific Neuroligin3-αNeurexin1 signaling
regulates GABAergic synaptic function in mouse
hippocampus. Elife 2020 Dec 23;9:e59545. doi:
10.7554/eLife.59545. PMID: 33355091
Nakamoto C, Konno K, Miyazaki T, Nakatsukasa E,
Natsume R, Abe M, Kawamura M, Fukazawa Y,
Shigemto R, Yamasaki M, Sakimura K, Watanabe M(2020) Expression mapping, quantification, andcomplex formation of GluD1 and GluD2 glutamate
receptors in adult mouse brain. J Comparative
neurology 528(6):1003-1027.

- 242 -

Joint Usage / Research Report FY 2020
The Collaborative Research Center for Brain Diseases Utilizing Neuropathological Resources
Brain Research Institute, Niigata University

Investigation of pathogenesis of Alzheimer's disease using mouse models
Principal Investigator

Kensuke Futai1

Co-Investigators

Toshikuni Sasaoka2
Manabu Abe2

1 Dept. Neurobiology, Univ. Massachusetts Medical School, Brudnick Neuropsychiatry Research Institute,
2 Niigata University, Brain Research Institute

Abstract
In addition to perform the proposed research, we have recently published a manuscript in eLife entitled “Specific
Neuroligin3-αNeurexin1 Signaling Regulates GABAergic Synaptic Function in Mouse Hippocampus”. Since thispublication is also supported by the collaborative project, we presented it as the Research Report FY 2020.
Synapse formation and regulation require signaling interactions between pre- and postsynaptic proteins, notably
cell adhesion molecules (CAMs). It has been proposed that the functions of neuroligins (NLs), postsynaptic CAMs,
rely on the formation of trans-synaptic complexes with neurexins (Nrxns), presynaptic CAMs. NL3 is a unique NL
isoform that localizes at both excitatory and inhibitory synapses. However, NL3 function mediated via Nrxn
interactions is unknown. Here, we demonstrate that NL3 localizes at postsynaptic sites apposing vesicular glutamate
transporter 3-expressing (VGT3+) inhibitory terminals and regulates VGT3+ inhibitory interneuron-mediatedsynaptic transmission in mouse organotypic slice cultures. Gene expression analysis of interneurons revealed thatthe αNrxn1+AS4 splice isoform is highly expressed in VGT3+ interneurons as compared with other interneurons.
Most importantly, postsynaptic NL3 requires presynaptic αNrxn1+AS4 expressed in VGT3+ interneurons toregulate inhibitory synaptic transmission. Our results indicate that specific NL-Nrxn signaling generates distinct
functional properties at synapses.
A.
INTRODUCTION: In central synapses, cell
(γNrxn1) isoforms, and serve as the sole presynaptic
adhesion molecules (CAMs) are major players in transbinding partners for NLs. Each Nrxn gene has six
synaptic interactions that serve a primary role inalternative splicing sites, named AS1 - AS6, resulting
initiating synapse formation by directing contact
in thousands of potential Nrxn splice isoforms. Uniquebetween axonal and dendritic membranes. Emerging
transcription patterns of Nrxns have been observed inevidence suggests that trans-synaptic interactions arehippocampal interneurons, suggesting that Nrxn
also important for synapse identity, function, plasticity
proteins may determine the properties of GABAergicand maintenance. Numerous CAM variants exist due tosynapses in an input cell-dependent manner.
large gene families and alternative splicing, generating
Nrxn-NL interactions depend on Nrxn protein
a vast array of possible combinations of pre- andlength (long form [α] vs short form [β]), splicepostsynaptic CAMs. Although some specific transinsertions at AS4 of Nrxns and splice insertions of NLs.
synaptic interactions of CAMs have been reported to
For example, NL1 splice variants that have spliceunderlie distinct synaptic properties, elucidating
insertions at site B have higher binding affinities forsynaptic CAM complexes that dictate synapse identity
βNrxn1-AS4 (βNrxn1 lacking alternative spliceand function remains a major challenge.
insertion at AS4) than for βNrxn1+AS4 (containing an
Four NL genes (NL1, NL2, NL3 and NL4) encode
alternative splice insertion at AS4). However, it ispostsynaptic CAMs (NL1, NL2, NL3 and NL4) thatlargely unknown which Nrxn-NL combination defines
contain extracellular cholinesterase-like domains andspecific synapse functionality. We recently found thattransmembrane and PDZ-binding motif-containing
NL3Δ, which lacks both of the A1 and A2 alternative
intracellular domains. Interestingly, NL3 is the only NL
splice insertions, is the major NL3 splice isoform
isoform localized at both excitatory and inhibitory
expressed in hippocampal CA1 pyramidal neurons andsynapses, regulating their synaptic functions. However,regulates both excitatory and inhibitory synaptic
the trans-synaptic framework that dictates NL3
transmission. However, to the best of our knowledge,
function is poorly understood.
the synapses at which NL3Δ interacts with presynaptic
Nrxns are presynaptic CAMs produced from three
Nrxn isoform(s) have not been identified.
genes (Nrxn1, Nrxn2, Nrxn3) that are transcribed fromIn the present study, we show that NL3 isdifferent promoters as longer alpha (αNrxn1 - 3),
selectively enriched at vesicular glutamate transporter
shorter beta (βNrxn1 - 3) and Nrxn1-specific gamma
3-expressing (VGT3+) Cck+ inhibitory terminals in the- 243 -

hippocampal CA1 area. Gain-of-function and loss-offunction studies revealed that NL3 regulates VGT3+
interneuron-mediated inhibitory synaptic transmission.
Importantly, the effect of NL3 on VGT3+ synapses washampered by the deletion of all Nrxn genes in VGT3+
interneurons and rescued by the selective expression of
αNrxn1+AS4 in VGT3+ interneurons. These results
suggest that the trans-synaptic interaction between
αNrxn1+AS4 and NL3 underlies the input celldependent control of VGT3+ GABAergic synapses in
the hippocampus.
B.
MATERIALS AND METHODS: Animal:
All animal protocols were approved by the Institutional
Animal Care and Use Committee (IACUC) at the
University of Massachusetts Medical School. Mice
were wild-type expressing interneuron-specific
TdTomato (Sst/RFP, Pv/RFP and VGT3/RFP),
generated by crossing a TdTomato reporter line with
Sst-Cre, Pv-Cre or VGT3-Cre lines. The Nrxn1/2/3f/f
mouse
line
was
generatedrecently.
Immunohistochemistry: Mice were fixed bytranscardial perfusion with 3% glyoxal fixative. Brains
were cryoprotected with 30% sucrose in 0.1 M PB to
prepare 50 μm-thick cryosections on a cryostat. A
mixture of primary and secondary antibodies. Images
were taken with a confocal laser scanning microscope(FV1200, Olympus). Single-cell RNA sequencing:Single-cell RNA were isolated from hippocampal CA1
interneurons. Sequencing libraries were run on singleend 50-bp modules in Illumina HiSeq 2000.
Electrophysiology: Organotypic hippocampal slice
cultures were prepared from postnatal 6-7 days old ratsof either sex as described previously. Whole–cellvoltage clamp recordings were made simultaneously
from a pair of CA1 pyramidal neurons, one transfected(visualized by cotransfecting GFP) and one
untransfected neighbor.
C.
RESULTS: We recently raised a NL3
antibody, validated by NL3 KO tissue, and performed
immunohistochemistry (IHC). We found that NL3
signals overlapped with markers for excitatory andinhibitory synapses, VGluT1 (vesicular glutamate
transporter 1) and VIAAT (vesicular inhibitory aminoacid transporter), as reported in primary neurons,
cerebellum and striatum. To further understand thesubcellular localization of NL3 at inhibitory synapses,
we next performed IHC for NL3, VIAAT andinterneuronal markers (Fig. 1). Remarkably, we foundpreferential expression of NL3 abutting terminals
where the Cck markers, VGT3 and CB1 (Cannabinoid
receptor type1) are co-localized (Fig. 1A, B; yellow
arrowheads), compared with Pv and Sst terminals (Fig.
1E). This suggests the intriguing possibility thatpostsynaptic recruitment of NL3 may be determined by
the type of interneuron providing inhibitory
presynaptic inputs.
To understand whether NL3 has specific roles at
Cck inhibitory synapses, we assessed the effect of
NL3Δ overexpression (OE) on input-specific inhibitory

Fig. 1 Triple labeled IHC images ofinhibitory synapses in the CA1
pyramidal cell layer (Py) shown at(A-D), displaying VIAAT, NL3, andthe magnification, displaying VIAAT,
NL3, and the interneuronal markers(A) VGT3, (B) CB1, (C) Pv, and (D)Sst. White arrowheads: NL3 puncta
overlapping with VIAAT. Yellow
arrowheads: NL3 puncta overlappingwith VIAAT and interneuronal markers. (E) Summary of the relative
intensity of immunofluorescent signals for NL3 at different inhibitory
synapses. Data are represented as means ± SEM. n.s., not significant;*** p < 0.001 (One-way ANOVA followed by Sidak’s multiple
comparisons test). Scale bars: 2 µm.

transmission. NL3Δ lacks splice insertions and is the
major splice isoform expressed in CA1 pyramidal
neurons. To evoke cell-specific synaptic transmission,
we generated three cell type-specific fluorescent lines,
VGT3/RFP, Sst/RFP and Pv/RFP lines. We evaluatedthe effect of NL3Δ OE on inhibitory synaptictransmission using triple whole-cell recordings inorganotypic slice cultures from each of these. We
performed current- and voltage-clamp recordings froma presynaptic RFP+ interneuron and postsynaptic
GFP/NL3Δ-transfected and -untransfected pyramidal
neurons, respectively (Fig. 2A-C). We evoked unitary
inhibitory postsynaptic currents (uIPSC) by inducing
action potentials in RFP+ neurons. We compared theamplitude and paired-pulse ratio (PPR) (monitoring
release probability) of uIPSC and synaptic connectivity
across NL-transfected and untransfected neurons.
Importantly, we observed significant potentiation ofuIPSCs from Cck+ interneurons onto CA1 pyramidal
neurons with NL3Δ OE (Fig. 2A1). In addition, PPR
was significantly reduced (Fig. 2A2), suggesting thatpostsynaptic NL3Δ OE increases presynaptic releaseprobability, consistent with previous work. In contrast,
NL3Δ OE did not enhance uIPSCs mediated by Sst+
neurons (Fig. 2B). NL3Δ OE reduced uIPSCs in Pv+
inhibitory synaptic transmission as reported previously(Fig. 2C). This suggests that Pv+ synapses have aunique trans-synaptic regulatory mechanism comparedwith other interneurons and that NL3Δ OE may disrupt
endogenous GABAAR complexes at Pv+ inhibitory
synapses.

- 244 -

Fig. 2 Input-specific NL3 function and effect of NL3KD in
inhibitory synaptic transmission. (A-C) Effect of NL3Δ or
EGFP (control) transfection on uIPSCs (A1-C1) amplitudes,(A2-C2) PPR and (A3-C3) connectivity in (A) VGT3/, (B) Sst/and (C) Pv/RFP slice cultures. N = 13–18 cell pairs (7-10 mice).
* p < 0.05, ** p < 0.01, U-test.

interactions are essential for inhibitory synaptic
regulation.
Next, single-cell RNA sequencing was performed
to elucidate splice variant expression of Nrxn isoforms
in VGT3+, Pv+ and Sst+ interneurons. We harvested
cytosol from five VGT3/, Pv/ and Sst/RFP neurons
through whole-cell glass electrodes and performed
single-cell deep RNA-seq (Fig. 4). We compared theexpression of Nrxn splice isoforms in each Nrxn gene.
Given that the insertion of AS4 determines the bindingof many Nrxn protein binding partners including NLs,
we quantified the expression of Nrxn isoforms with orwithout AS4 insertion. Twelve Nrxn splice isoforms
were manually modified, and their expression wascompared. AmongNrxn1
spliceisoforms,
αNrxn1+AS4 was consistently detected as the soleαNrxn1 gene expressed in the three interneurons andhighly expressed in VGT3+ neurons compared with
Pv+ and Sst+ neurons (Fig. 4A). βNrxn2+AS4 was the
only confirmed Nrxn2 gene expressed in the threeinterneurons but its expression was much lower thanthat of Nrxn1 and 3 (data not shown). αNrxn3+AS4
and βNrxn3-AS4 were the two major Nrxn3 genes
expressed in the three interneurons, and αNrxn3+AS4
expression was highest in VGT3+ neurons comparedwith other neurons (Fig. 4B). Our single-cell RNA-seq
result suggests that αNrxn1+AS4, αNrxn3+AS4 andβNrxn3-AS4 are Nrxn splice isoforms highly expressedin VGT3+ neurons. Therefore, αNrxn1+AS4,

Our results suggest that NL3Δ specificallyregulates VGT3+ inhibitory synaptic function. Is its
presynaptic binding partner, Nrxn, in VGT3+ neurons
necessary for NL3Δ function? To address thisquestion, we generated Cck-specific triple Nrxn
knockout mice (VGT3/RFP/NrxnTKO) by crossing
VGT3/RFP and triple-floxed Nrxn (Nrxn1f/f/2f/f/3f/f)
mice. VGT3/RFP/NrxnTKO mice displayed reduced
uIPSC and connectivity compared with wild-type
VGT3/RFP mice, supporting the idea that Nrxns in Fig. 4 Transcriptomic similarity and endogenous Nrxn expression in
VGT3 neurons regulate synaptic transmission (Fig. hippocampal VGT3+, Pv+, and Sst+ inhibitory interneurons. Summarygraphs of splice isoforms of Nrxn1 (A) and 3 (B) in VGT3+, Pv+, and
3A1, A3). Next, we overexpressed NL3Δ in CA1 Sst+ interneurons. *p<0.05, one-way ANOVA followed by Sidak’s
pyramidal neurons and performed triple whole-cell multiple comparisons test, N = 5 cells for each interneuron type.
recordings. Notably, the NL3Δ uIPSC potentiation
effect we observed in VGT3/RFP mice (Fig. 2A1) was
αNrxn3+AS4 and βNrxn3-AS4 are the unique Nrxn
completely abolished (Fig. 3B1), indicating that NL3Δ
genes expressed in VGT3+ neurons compared with Pv+
and presynaptic Nrxn-mediated trans-synaptic
and Sst+ neurons.
Ourelectrophysiology
resultsusing
NrxnTKO/VGT3/RFP mice indicate that Nrxn proteins
are important for postsynaptic NL3Δ function. We
sought to determine which Nrxn isoform(s) is thefunctional partner(s) of NL3Δ at VGT3+ inhibitory
synapses. Does VGT3+ interneuron-dominant Nrxns,
αNrxn1 and βNrxn3, interact with postsynaptic NL3Δ
to modulate inhibitory synaptic function? To address
this, we performed a rescue approach by expressing
specific Nrxn isoforms in NrxnTKO/VGT3/RFP
Fig. 3 (A) Lack of presynaptic Nrxns reduces uIPSCs and connectivity.
neurons. We expressed Nrxn with tagBFP and NL3Δ
(B) Lack of presynaptic Nrxns abolishes the potentiation effect of
NL3Δ in VGT3+ uIPSC amplitude, PPR and connectivity, inwith EGFP in VGT3/RFP and pyramidal neurons,
VGT3/RFP/NrxnTKO slice cultures. N > 18 cell pairs (> 4 mice). Urespectively, in NrxnTKO/VGT3/RFP slice cultures- 245 -

using our recently developed electroporation technique,and performed triple whole-cell recordings fromuntransfected
andtagBFP/Nrxn-transfected
VGT3/RFP neurons, and GFP/NL3Δ-transfectedpyramidal neurons (Fig. 5). We first identified twoneighboring VGT3/RFP neurons in the hippocampal
st. radiatum and oriens regions and electroporated
tagBFP/Nrxn plasmids into one of the cells, while
GFP/NL3Δ was electroporated into pyramidal neurons
near the electroporated VGT3/RFP neuron. Given thatsplice insertion at site 4 in Nrxns regulates binding
with postsynaptic NLs, we transfected four Nrxn spliceisoforms, αNrxn1+AS4, αNrxn1-AS4, βNrxn3+AS4
or βNrxn3-AS4, together with tagBFP into VGT3/RFP
neurons in CA1 st. radiatum and pyramidale. Two to
three days after electroporation, we performed triple
whole-cellrecordingfrom
Nrxn-transfected
presynaptic interneurons (Tdtomato- and tagBFPpositive) located in close proximity to untransfected
VGT3/RFP and NL3Δ-transfected (EGFP-positive)
postsynaptic pyramidal neurons. Cell pairs
overexpressing αNrxn1+AS4 and NL3Δ in presynaptic
VGT3/RFP and postsynaptic pyramidal neurons,
respectively, displayed significant enhancement of
uIPSC with 100% connectivity (Fig. 5A, C). In contrast,
presynaptic αNrxn1-AS4/tagBFP and postsynaptic
GFP/NL3Δ neuron pairs showed no enhancement of
uIPSC compared with control cell pairs, suggesting that
NL3Δ specifically couples with αNrxn1+AS4 toregulate inhibitory synaptic function at VGT3+
synapses. Transfection of tagBFP into VGT3/RFP
neurons did not alter inhibitory synaptic transmission.
Next, we tested βNrxn3-NL3Δ synaptic signals on
VGT3+ inhibitory synaptic transmission (Fig. 6A-C).
In contrast with αNrxn1-NL3Δ signals, neither
βNrxn3+AS4 nor βNrxn3-AS4 transfection showed
detectable changes in uIPSCs compared withuntransfected VGT3/RFP neurons, indicating that
βNrxn3 is not important for NL3-mediated inhibitory
synaptic
function.
Interestingly,
βNrxn3-AS4
expressed in NrxnTKO/VGT3/RFP/tagBFP neurons
demonstrated reduced connectivity (Fig. 6C),
suggesting that βNrxn3-AS4 protein hinders synapse
formation between VGT3/RFP terminals andpostsynaptic CA1 pyramidal neurons.
Our rescue approach suggests that
αNrxn+AS4 regulates inhibitory synaptic transmission
with NL3Δ. The structures of α and βNrxns are similar,
therefore, different αNrxn+AS4 isoform(s) may be able
to functionally substitute αNrxn1+AS4. Our single-cell
RNA sequencing data indicate that αNrxn3+AS4 isanother dominant Nrxn splice isoform in VGT3+
interneurons (Fig. 4B). Thus, we tested whether
αNrxn3+/-AS4 functionally couples with NL3Δ in
NrxnTKO/VGT3/RFP slice cultures (Fig. 6D-F). To
our surprise, neither αNrxn3+AS4 nor αNrxn3-AS4
pairing with postsynaptic NL3Δ had any effect on
inhibitory synaptic transmission. These results strongly
suggest that αNrxn1+AS4, but not αNrxn3+AS4, has aunique signal in the extracellular domain important forsynaptic function with NL3Δ.
D.
DISCUSSION: Synaptic protein-protein
interactions are critical for the development, maturation

Fig. 5 Summary of uIPSC amplitude (A), paired-pulse ratio (B), andconnectivity (C). Numbers of cell pairs: αNrxn1+AS4, αNrxn1-AS4,
and BFP at VGT3+ synapses (seven pairs/three mice, 9/4 and 9/4).
The number of tested slice cultures is the same as that of cell pairs.
Mann–Whitney U-test.

Fig. 6 α/βNrxn3–NL3Δ synaptic signals do not regulate
VGT3+ inhibitory synapse transmission. (A–C) Effect of preand postsynaptic OE of βNrxn3(±AS4) and NL3Δ,
respectively, on unitary inhibitory synaptic transmission inorganotypic
slice
culturespreparedfrom
NrxnTKO/VGT3/RFP mice. (D–F) Effect of pre- andpostsynaptic OE of αNrxn3(±AS4) and NL3Δ, respectively, on
unitary inhibitory synaptic transmission. Summary of uIPSC
amplitude (A and D), paired-pulse ratio (B and E), andconnectivity (C and F). Numbers of cell pairs: βNrxn3+AS4,
βNrxn3-AS4, αNrxn3+AS4, and αNrxn3-AS4 at VGT3+
synapses (8 pairs/3 mice, 9/3, 5/3, and 11/3). The number oftested slice cultures is the same as that of cell pairs. Mann–
Whitney U-test.

and survival of neurons. However, it is technicallychallenging to physiologically characterize transsynaptic CAM protein interactions in two different
neurons due to the difficulty in identifying- 246 -

synaptically-connected neuronal pairs in the brain. Coculture approaches consisting of non-neuronal cells
transfected with different Nrxn splice isoforms anddissociated neurons expressing endogenous NLs (orexpressing Nrxn-binding proteins in non-neuronal cells
and observing their interactions with endogenous
Nrxns) have begun to elucidate the roles of transsynaptic Nrxn/NL isoforms on the clustering of pre/postsynaptic molecules. However, this approach islimited to primary cultures and cannot address whether
these trans-synaptic interactions are sufficient to induce
functional synapse diversification. To fully understandthe physiological roles of trans-synaptic molecules, onemust be able to manipulate the expression of thesemolecules in pre- and postsynaptic neurons
simultaneously followed by determination of thefunctional consequences of such manipulation. Using
our newly developed gene electroporation method thatenables us to transfect genes in minor cell types such as
specific inhibitory interneurons, we demonstrated forthe first time that αNrxn1+AS4 and NL3Δ, which areendogenously expressed in VGT3+ inhibitory and CA1
pyramidal neurons, respectively, form a specific signalthat dictates inhibitory synaptic transmission.
Our gene expression and functional assays
highlight that αNrxn1 is abundantly expressed in
VGT3+ interneurons compared with other interneurons
and αNrxn1+AS4 is the dominant αNrxn1 spliceisoform expressed in VGT3+ interneurons which
regulates inhibitory synaptic transmission with NL3Δ.
The expression of αNrxn1+AS4 was previously
confirmed in Pv+ interneurons. Considering no effects
of NL3Δ OE on Pv+ inhibitory synapses, otherpostsynaptic mechanism(s) might exist to regulate
inhibitory synaptic transmission with αNrxn1+AS4 at
Pv+ inhibitory synapses.
Biochemical studies have demonstrated that any
Nrxn can bind to any NL with different affinities, withthe exception of αNrxn1 and NL1, which do notinteract. The AS4 insertion has a critical role inchanging Nrxns’ affinity to postsynaptic binding
partners, including NL. A splice insertion at AS4 in
βNrxn1 can weaken its interaction with NLs. Indeed,
we have reported that βNrxn1-AS4 but not
βNrxn1+AS4 increases synaptic transmission throughits interaction with NL1. Similarly, αNrxn1-AS4
specifically interacts with NL2 and enhances inhibitory
synaptic transmission. In contrast, we found that an
insertion at AS4 in αNrxn1 can increase inhibitory
synaptic transmission at VGT3+ synapses through atrans-synaptic interaction with NL3Δ. It is particularlyinteresting that only αNrxn1+AS4, but not
αNrxn3+AS4, encoded uIPSC enhancement withpostsynaptic NL3Δ. These results suggest thatstructural differences beyond the AS4 site exist
between these two αNrxns. Since the structures of the
major Nrxn domains, such as LNS and EGFA-EGFC,
are similar between αNrxns, differential alternative
splicing events that occur at other AS sites may regulatebinding with NL3Δ. Further structural and functional
analyses targeting these AS events could reveal a novel
AS structure that modulates Nrxn-NL signaling on
synaptic function.
E.
CONCLUSION: Mutations and deletions in
Nrxn loci are associated with neuropsychiatric andneurodevelopmental
disorders.
Copynumberalterations and deleterious mutations in αNrxn1 are themost commonly reported Nrxn isoform-specificmodifications predisposing people to epilepsy, autism
spectrum disorders (ASDs), attention deficit
hyperactivity disorder, intellectual disability (ID),schizophrenia (SCZ) and Tourette syndrome. Rare
mutations in NL3 have been reported in patients with
ID, SCZ and ASDs. Interestingly, ASD patients show
abnormalities in memory discrimination, which ispartly mediated by the activity of hippocampal Cck+interneurons. This autistic phenotype may be caused byabnormal trans-synaptic interactions of αNrxn1 andNL3 at VGT3+ synapses. In addition to our findings
here, both Nrxn1 and NL3 are expressed at othersynapses, including excitatory synapses. It will beinteresting to identify Nrxn1-NL3 signals at different
synapses to better understand the function of thesegenes on cognitive behavior.
Of note, this is the first collaborative
achievement with Drs. Abe and Sasaoka, and thecontribution of the Global Collaborative Research
Project of Brain Research Institute is credited in the
Acknowledgement section of our recent publication1.
F. PUBLICATIONS
1. PAPERS(Title of journal, year, volume, pages. Please submit a
copy of reprint or PDF file.)
1. M. Uchigashima, K. Konno, E. Demchak, A.
Cheung, T. Watanabe, D. Keener, M. Abe, T. Le, K.
Sakimura, T. Sasaoka, T. Uemura, Y. I. Kawasawa, M.
Watanabe, K. Futai. Specific Neuroligin3-αNeurexin1
Signaling Regulates GABAergic Synaptic Function in
Mouse Hippocampus. eLife (2020)
2. DG. Keener, A. Cheung, K. Futai. Single-Cell
Electroporation across Different Organotypic Slice
Culture of Mouse Hippocampal Excitatory and ClassSpecific Inhibitory Neurons. JoVE, (2020), PMID:
33104060.
3. M. Uchigashima, M. Leung, T. Watanabe, A.
Cheung, T. Le, S. Pallat, A.L.M. Dinis, M. Watanabe, Y.I.
Kawasawa, K. Futai. Neuroligin3 Splice Isoforms Shape
Inhibitory Synaptic Function in the Mouse Hippocampus.
J Biol Chem. (2020), Jun 19;295(25):8589-8595,
PMID: 32381505, PMC7307194.
4. D. Keener, A. Cheung, K. Futai. A Highly Efficient
Method for Single-Cell Electroporation in Mouse
Organotypic Hippocampal Slice Culture. Journal of
Neuroscience Methods (2020), PMID: 32126275,
PMCID: PMC7521366.

G.
APPLICATION AND REGISTRATIONSTATUS ON INTELLECTUAL PROPERTYRIGHTS
1. PATENT- 247 -

2. UTILITY MODEL REGISTRATION
3. OTHERS
None.

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新潟大学脳研究所年報 2020
令和３年９月発行（お問い合わせ）新潟大学脳研究所〒951-8585 新潟市中央区旭町通１番町 757 番地
TEL: 025-223-6161（代） FAX:025-227-0507
E-mail: web@bri.niigata-u.ac.jp
https://www.bri.niigata-u.ac.jp/