CAPS2 タンパク質による分泌制御機構とその機能不全による発達障害の発症
Analyses of CAPS2 protein-dependent exocytosis mechanism and its association with
developmental disorders（神経化学会推薦）

代表研究者 群馬大学 定方哲史

Gunma University Tetsushi Sadakata

Ca2+-dependent activator protein for secretion 2 (CAPS2 or CADPS2) potently promotes the release ofbrain-derived neurotrophic factor (BDNF). A rare splicing form of CAPS2 with deletion of exon3 (dex3) was identified
to be overrepresented in some patients with autism. Here, we generated Caps2-dex3 mice and verified a severe
impairment in axonal Caps2-dex3 localization, contributing to a reduction in BDNF release from axons. In addition,
circuit connectivity, measured by spine and interneuron density, was diminished globally. The collective effect ofreduced axonal BDNF release during development was a striking and selective repertoire of deficits in social- andanxiety-related behaviors. Together, these findings represent the first mouse model of a molecular mechanism linking
BDNF-mediated coordination of brain development to autism-related behaviors and patient genotype.

研究目的

今回我々は CAPS2 exon 3 skipping マウスを作製し、自閉症は、三歳までに発病する精神疾患として知自閉症様形質を示すかについて解析を行った。また、られ、“対人関係における障害”、“言語などによるコCAPS2 タンパク質が欠失することで実際にどの分ミュニケーションの障害”、“興味の限局、反復的で泌ステップが異常を来たしているのかについても検常同的な行動”を特徴とした疾患である。CAPS2討を行った。

(Ca2+-dependent activator protein for secretion 2, official
symbol は CADPS2)は、分泌顆粒の分泌に関与する研究経過CAPS1 のホモログとして、我々によって新規遺伝子

CAPS2 exon 3 skipping マウスが様々な自閉症様形としてクローニングされ、小脳において CAPS2 は質を示すことが分かってきた。以下にその結果を示BDNF の分泌に関与していることなどが明らかになす。

った 1。これまでに我々は作製した CAPS2 KO マウ

1) 通常のオープンフィールドにおいて、野生型とスの行動解析を行い、自閉症で見られるような様々exon 3 skipping 型に、行動量等の違いは見られなかな形質を示すことが明らかにしてきた 2,3。さらに、った。しかし、オープンフィールドの中心に新奇ヒト自閉症患者の血中における CAPS2 の発現を解物体を置いたときに、野生型に比べ exon 3 skipping析したところ、自閉症患者特異的に CAPS2 の exon3型は、行動量の低下および新奇物体への接触回数がスキップしていることが分かった 3。この exon3の低下を示した。これは新奇性が高い環境においがスキップした欠損型 CAPS2 は、シナプス部に輸送て、exon 3 skipping マウスが不安の亢進を示していされなくなることなども判明した 3。これらの結果かると考えられる。

ら、欠損型 CAPS2 の発現によって BDNF の局所的

2) 高架式十字迷路において、野生型に比べ、exon 3分泌が異常になり、これが神経ネットワーク形成のskipping 型は、オープンアームへの進入回数や滞在異常につながる可能性が示唆された。

時間が有意に短かった。これは exon 3 skipping 型において不安が高進していることを示している。

者の splicing acceptor サイトや splicing donor サイトの

3) 回転かごを用いて、睡眠覚醒リズムの測定を行っ遺伝子解析を行ったが、配列の異常は認められなかた。明暗状態では特に野生型と exon 3 skipping 型にった。しかし我々は intron 2 と intron 3 の配列を解析違いは見られなかったが、恒暗状態では exon 3し、splicing 異常を起こす患者特異的な変異を発見しskipping 型において、サーカディアンリズムが消失た。現在、これらの変異が splicing 異常の原因となしているケースが見られた。

るかについて解析を行っている。

4) オープンフィールドを用い、社会性相互作用テス

CAPS2 以外の遺伝子が CAPS2 の splicing 異常の原トを行った。具体的には小ケージに入れた stranger因となっている可能性も考えられる。その候補としマウス周辺に滞在する時間を測定した。その結果、ては splicing factor などが考えられる。その場合、野生型に比べ、exon 3 skipping 型は stranger マウス

CAPS2 遺伝子以外にも splicing 異常が起きている可周辺に滞在する時間が有意に減少していた。これ能性がある。しかし、今回の報告で CAPS2 exon 3

は exon 3 skipping 型が社会性において異常がある

skipping マウスが様々な自閉症様形質を示したことことを示している。

から、CAPS2 exon 3 skipping を起こしている患者に

5) 野生型母マウスに比べ、exon 3 skipping 型母マウ関して、他の遺伝子の splicing 異常が自閉症の発症

スは、子育てが悪く、出産した仔マウスを死なせの原因となっている可能性は少ない（もしくは寄与てしまうことが多いため、仔の数が有意に減少し率が低い）。これは Rett 障害における MECP2 遺伝子ていた。と BDNF 遺伝子の関係に近い。BDNF は Rett 障害に

さらにこのマウスの解剖学的解析により、BDNFおいて、遺伝子の異常を起こす遺伝子の一つにすぎや有芯小胞マーカータンパク質であるクロモグラニないが、発症に関する寄与率は非常に高い。我々はンのトラフィッキングの異常やゴルジ体の形態異常

今後も CAPS2-BDNF を軸にして、自閉症発症メカニが示された。電気生理学的解析においては、ズムについて解析を続けていく予定である。

paired-pulse facilitation に異常が見られた。
また、CAPS2 タンパク質が有芯小胞分泌のどのステップに関与するかについても詳細に検討した。そ参考文献
1. The secretory granule-associated protein CAPS2の結果、以下のことが分かってきた。

regulates neurotrophin release and cell survival.

1) CAPS2 タンパク質は PH ドメインを介してゴルジ

Tetsushi Sadakata, Akira Mizoguchi, Yumi Sato,体膜に結合し、その結合性は C2 ドメインによってRitsuko Katoh-Semba, Mitsunori Fukuda, Katsuhiko

制御されている。

Mikoshiba, Teiichi Furuichi.

2) CAPS2 タンパク質は GDP 結合型のクラス II ARF

Journal of Neuroscience. 24(1), p43-52 (2004).

タンパク質（ARF4, ARF5）のＮ末端に結合する。
3) CAPS2 と ARF の結合をブロックした場合、クロモグラニンはゴルジ体に集積する。
4) 同様のクロモグラニン集積は CAPS2 および ARFをノックダウンした場合にも起こる。
5) CAPS2 をノックアウトした場合、神経細胞のゴル2. Impaired cerebellar development and function in micelacking CAPS2, a protein involved in neurotrophin
release.
Tetsushi Sadakata, Wataru Kakegawa, Akira Mizoguchi,
Miwa Washida, Ritsuko Katoh-Semba, Fumihiro

ジ体の形態が異常になる。

Shutoh,以上より、CAPS2 タンパク質が有芯小胞のトラフ

Kazushi Kimura, Mika Tanaka, Yukiko Sekine,ィッキングに関与するメカニズムが分かってきた。

Shigeyoshi Itohara, Michisuke Yuzaki, Soichi Nagao,

Takehito

Okamoto,

HisakoNakashima,

Teiichi Furuichi.
考察

Journal of Neuroscience. 27(10), p2472-2482 (2007).

最近、自閉症患者におけるスプライシング異常が報告されている 4。しかし、CAPS2 の splicing 異常が3. Autistic-like phenotypes in CADPS2/CAPS2 knockout

なぜ特定の自閉症患者で起きるかについては未だ不mice and aberrant CADPS2 splicing in autistic patients.

明である。我々は exon 3 skipping を起こす自閉症患

Tetsushi Sadakata, Miwa Washida, Yoshimi Iwayama,

Satoshi Shoji, Yumi Sato, Takeshi Ohkura, Ritsuko

定方哲史

Katoh-Semba, Mizuho Nakajima, Yukiko Sekine, Mika

包括的神経グリア研究会 2013、浜松、2013 年 1Tanaka, Kazuhiko Nakamura, Yasuhide Iwata, Kenji J.

月Tsuchiya, Norio Mori, Sevilla D. Detera-Wadleigh,Hironobu

Ichikawa,

Shigeyoshi

Itohara,

Takeo

6.

“Reduced axonal localization of a Caps2 splice

Yoshikawa, Teiichi Furuichi.

variant impairs polarization of BDNF release andJournal of Clinical Investigation. 117(4), p931-943

causes autistic-like behavior in mice.”(2007).

Tetsushi Sadakata
第 11 回 Japanese Association of Scientists in
Singapore (JASS)、シンガポール、2012 年 11 月

4. Transcriptomic analysis of autistic brain reveals
convergent molecular pathology.
Irina Voineagu, Xinchen Wang, Patrick Johnston,7.

「自閉症に関連する遺伝子の研究」

Jennifer K. Lowe, Yuan Tian, Steve Horvath, Jonathan

定方哲史

Mill, Rita M. Cantor, Benjamin J. Blencowe, Daniel H.

公開講座・世界脳週間 2012、前橋、2012 年 4 月

Geschwind.

学会等の慣例に従って記載してください。

Nature. 474(7351):380-4 (2011).
誌上発表研究の発表

1.

口頭発表
1.

Axonal localization of Ca2+-dependent activator
protein for secretion 2 is critical for subcellular「CAPS2 タンパク質による分泌制御機構とそのlocality of brain-derived neurotrophic factor and機能不全による脳発達障害の解明」

neurotrophin-3 release affecting proper development

定方哲史

of postnatal mouse cerebellum

山田科学振興財団

2014 年度研究交歓会 成果

Tetsushi Sadakata, Wataru Kakegawa, Yo Shinoda,

発表会、東京、2014 年 5 月

Mayu Hosono, Ritsuko Katoh-Semba, Yukiko
Sekine, Yumi Sato, Chihiro Saruta, Yasuki Ishizaki,

2.

「自閉症モデルマウスを用いた発症メカニズム

Michisuke Yuzaki, Masami Kojima, Teiichi Furuichiの解明」

PLoS ONE. 9(6), e99524 (2014).

定方哲史
平成 25 年度生理学研究所研究会、岡崎、2013

2.

年6月

Mouse Models of Mutations and Variations inAutism Spectrum Disorder-Associated Genes: MiceExpressing

3.

Caps2/Cadps2

Copy

NumberandShinoda,

Akira

Sato,

「自閉症モデルマウスを用いた発症メカニズム

Alternative Splicing Variantsの解明」

Tetsushi

定方哲史

Hirotoshi Iguchi, Chiaki Ishii, Makoto Matsuo,

第 11 回群馬大学大学院医学系研究科・大学院生

Ryosuke Yamaga, Teiichi Furuichiによるワークショップ、前橋、2013 年 3 月

International Journal of Environmental ResearchSadakata,

Yoand Public Health. 10 (12), p6335-6353 (2013).
4.

「自閉症モデルマウスの作製について」
定方哲史

3.

CAPS1 deficiency perturbs dense-core vesicle

第 7 回群馬大学医工連携グループミーティング、trafficking

前橋、2013 年 2 月

presynaptic release probability in the mouse brain.

andGolgi

structure

andreduces

Tetsushi Sadakata, Wataru Kakegawa, Yo Shinoda,
5.

「自閉症モデルマウスを用いた発症メカニズム

Mayu Hosono, Ritsuko Katoh-Semba, Yukikoの解明」

Sekine, Yumi Sato, Mika Tanaka, Takuji Iwasato,

Shigeyoshi Itohara, Kenichiro Furuyama, Yoshiya

6.

Reduced axonal localization of a Caps2 spliceKawaguchi, Yasuki Ishizaki, Michisuke Yuzaki,

variant impairs axonal release of BDNF and causes

Teiichi Furuichi

autistic-like behavior in mice.

Journal of Neuroscience. 33 (44), p17326-17334

Tetsushi Sadakata, Yo Shinoda, Megumi Oka,

(2013)

Yukiko Sekine, Yumi Sato, Chihiro Saruta, Hideki
Miwa, Mika Tanaka, Shigeyoshi Itohara, Teiichi

4.

Animal Models of Autism Spectrum Disorder

Furuichi(ASD): A Synaptic-Level Approach to Autistic-Like

Proceedings of the National Academy of Sciences

Behavior in Miceof the United States of America. 109 (51),

Yo Shinoda, Tetsushi Sadakata, Teiichi Furuichi

p21104-21109 (2012)

Experimental Animals. 62 (2), p71-78 (2013)
7.
5.

Calcium-dependent activator protein for secretion 2

Autistic-like behavioral phenotypes in a mouse(CAPS2) interacts with the class II ARF small

model

GTPases

with

copy

numbervariationoftheandregulatesdense-corevesicleCAPS2/CADPS2 genetrafficking.

Tetsushi Sadakata, Yo Shinoda, Megumi Oka,

Tetsushi Sadakata, Yukiko Sekine, Megumi Oka,

Yukiko Sekine, Teiichi Furuichi.

Makoto

FEBS Letter. 587(1), p54-59 (2013)

Furuichi.

Itakura,MasamiTakahashi,

FEBS Journal. 279(3), p384-394 (2012)

Teiichi