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特集 気分障害の生物学的理解の最前線

うつ病の新たなメカニズム⎜⎜エピジェネティクス⎜⎜森信繁，淵上学，山脇洋輔，山本茂人，倉田明子，山脇成人

エピジェネティクスとは，塩基配列上の変化を伴わない機序での遺伝子転写の調節機構であり，ヒストン・アセチル化と DNA メチル化が代表的な機構である．うつ病の発症に密接に関与していると考えられている，ストレスによる脳由来神経栄養因子（BDNF）の発現の減少に関して，筆者らは BDNF 遺伝子のプロモーター領域のヒストン・アセチル化の減少が関連していることを報告している．筆者らのグループ以外にも，ストレスや抗うつ薬が BDNF 遺伝子プロモーター領域のヒストン・アセチル化を変動させて，BDNF 発現を調整していることを示している報
告 も あ る．ま た 多 様 な 遺 伝 子 発 現 を 亢 進 さ せ る 作 用 の あ る，ヒ ス ト ン 脱 ア セ チ ル 化 酵 素（HDAC）阻害薬の一つである sodium butyrate（SB）を用いた研究から，SB は抗うつ効果を発揮する可能性があり，その脳内機序にトランスサイレチンの発現亢進が関与している可能性を報告した．このようなヒストン・アセチル化に関する研究結果は，うつ病の発症に関与する遺伝子発現の変動の，分子メカニズムを解明する意味でも，またこれまで開発されてきた抗うつ薬とは異なった作用機序をもつ，新たな抗うつ薬の開発を目指す意味からも，今後の HDAC 阻害薬を用いた行動学的・分子生物学的研究は必要であると思われる．
索引用語：エピジェネティクス，ヒストン・アセチル化，ヒストン脱アセチル化酵素（HDAC）阻害薬，脳由来神経栄養因子（BDNF），トランスサイレチン．エピジェネティクスとはことが，エピジェネティクス分野の研究から明らこれまでの膨大なうつ病発症メカニズムに関すかにされてきている ．

る基礎的・臨床的研究の成果から，ストレスによなおエピジェネティクスという概念の意味する

る副腎皮質ホルモンの亢進や脳由来神経栄養因子

ところは，DNA を構成する塩基の配列上の sin-（brain‑derived neurotrophic factor：BDNF）

gle nucleotide polymorphism（SNP）などの変などの変化が，うつ病発症の脳内メカニズムに密化による遺伝子転写の調節ではなく，DNA メチ接に関与することが提唱されてきている．うル化のような塩基配列の変化とは無関係な塩基修

つ病の発症要因とされるストレス負荷による脳内飾によるクロマチン構造の変化を介した遺伝子転遺伝子発現の変動の機序として，近年最も注目を写の調節機構と要約されている．細胞内の核には集めているのが cAMP response element bind-

DNA とヒストンと呼ばれる蛋白が，緻密に絡みing 蛋白（CREB）など転写因子のストレスによ合ってエピゲノムという複合体を構成しており，る発現変化や活性化である ．しかしながらそのクロマチン構造の変化は転写因子の遺伝子のプロ後の遺伝子転写の研究の進展から，転写因子の発モーター領域への結合に大きく影響することがわ

現や活性化が亢進しても，ゲノム DNA への転写かってきている ．クロマチン構造を変化させる因子の特異的結合が阻害されていると，下流にあ機序としてこれまでに詳細な研究のなされているる遺伝子の転写（mRNA の発現）は亢進しない

機構は，DNA メチル化とヒストンのアセチル化

著者所属：広島大学大学院医歯薬学総合研究科・精神神経医科学

特集

森信･他：うつ病の新たなメカニズムの二つである ．

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化することは，多くの動物実験からよく知られた

DNA メチル化では DNA を構成する塩基の一事実である．このようなストレスによる遺伝子発つであるシトシンがメチル化されることにより，現の変動に，ヒストン・アセチル化などのエピジメチル化された部位に methyl CpG‑binding pro-ェネティック機構が関与していることは，容易にtein2（M eCP2）が結合し，transcriptional co‑考えられる．またうつ病の病状は自然寛解するこ

repressor SWI‑independent 3A（Sin3A）と his-ともよく知られており，海外での治験の結果でもtone deacetylase（HDAC）が MeCP2 に結合すプラセボにて寛解する症例も稀ではないことが報る．その結果，クロマチン構造が密になり，転写告されている．このような臨床経過は，うつ病と因子のプロモーターへの結合が困難となり，遺伝いう疾患のストレスに対する可塑性を示しており，子の転写の抑制される機構―DNA メチル化であこの機序にヒストン・アセチル化や DNA メチルる ．なおシトシンのメチル化は，DNA meth-化といったエピジェネティックな変化が関与してyltransfelase の活性化によって行われることはいる可能性が提唱されている．この他，双極性障わかっているが，その逆の反応を司る酵素につい害の治療薬として使用されているバルプロ酸は，ての詳細はまだ未解明の状況である．

HDAC 阻害薬の一つであり，ヒストン・アセチ他方，ヒストン・アセチル化とはヒストン蛋白ル化を亢進させることが知られている．

がアセチル化されることによって，クロマチンの直接的なエピジェネティック機構とうつ病とのヒストン蛋白を取り囲む構造が，物理的に変化し関連を示す研究としては，BDNF 遺伝子に関すてゆるく取り囲むことになり，その結果として遺る動物実験の成果がある．大脳皮質前頭部や海馬伝子の転写が促進される現象である．逆にヒストでの BDNF 発現の低下は，神経細胞の樹状突起ンのアセチル化が減少することで，ヒストンを取スパインの形成を阻害してシナプス接続性の減少

り巻くクロマチン構造は緊密となり遺伝子の転写などを導き，うつ病の病態を形成することが提唱は抑制されることになる ．ヒストンのアセチルされている ．このような BDNF 発現の低下に，化 は histone acetyltransferase（HAT）と い う

次章にて紹介するストレス研究の成果はヒスト酵素が担っており，その逆の反応である脱アセチン・アセチル化の低下の関与というエピジェネテル化は histone deacetylase（HDAC）という酵ィックなメカニズムの可能性を報告している．一素が司っている．このようなクロマチン構造を調方，抗うつ薬や電気けいれん治療によって，脳内節する機構は双方向的であり，メチル化およびアの BDNF 発現低下の修復されることが報告され，セチル化は定常状態ではホメオスターシスを保っうつ病の治癒過程にも BDNF 発現が密接に関与ていると考えられている．その上で何らかの刺激していると推論されているが細胞や組織に与えられた際には，細胞あるいは関する BDNF 発現亢進も，ラットを用いた抗う個体としての可塑的変化をもたらす形で上記のよつ薬や電気けいれん処置の実験から，ヒストン・うなエピジェネティックな変化が導かれると考えアセチル化の亢進を介した現象である可能性が示られている．

唆されている．

．この治癒過程に．エピジェネティクスからみたうつ病の病態．ストレスによる BDNF 遺伝子プロモーター

大うつ病や双極性障害の病態には，BDNF な上のヒストン・アセチル化の変動

ど複数の遺伝子の脳内での発現の変化することが，BDNF mRNA 発現の減少は，拘束ストレス・密接に関与すると考えられている．特に大うつ病

社会敗北性ストレスなどのうつ病モデルで報告さの発症にはストレスの前駆することが多く，ストれ，ストレスが関与するうつ病発症の重要なメカレス負荷によって脳内の多様な遺伝子の発現が変ニズムと考えられている．その一方で，遺伝子転精神経誌（2010）112 巻 10 号

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写調節機構の解明から，転写因子や細胞応答以外た．単回拘束ストレス負荷による BDNF mRNAに，プロモーター領域のクロマチン構造の変化が，発現の減少やヒストン H3 のアセチル化の減少は，転写機能に重要であることもわかってきた．この拘束ストレス終了後 22時間の時点ではすでに回た め 筆 者 ら は，ス ト レ ス に よ る 海 馬 BDNF

復 し て い た．今 回 の 拘 束 ス ト レ ス 負 荷 に よ る

mRNA および蛋白の発現変動の機序を解明する

BDNF 発現の減少の機序に，コルチコステロン目的で，ラットに対して急性拘束ストレスを負荷による転写の制御機構の関与が考えられる．しかし，mRNA 発現量，蛋白発現量の検討に加えて，しながら，典 型 的 な Glucocorticoid Response

BDNF 遺伝子プロモーター上のヒストン・アセElement（GRE）はラットの BDNF 遺伝子プロチル化の解析を経時的に行った ．また，ストレモーター領域では明らかになっておらず，現時点ス反応の中心的役割を担うことが知られている血ではコルチコステロンの直接的な作用を提唱する

清コルチコステロンの変化も併せて計測した．には根拠が不足している．またグルココルチコイ

実験には 9週齢雄性ラットに 2時間の単回拘束ドによる HDAC や HAT の活性の制御によるヒストレス負荷（Single Immobilization Stress；ストン・アセチル化の減少も予想されるが，このSIS）を 行 い，直 後 お よ び 拘 束 開 始 後 4時 間メカニズムを立証するためには今後の研究が必要（SIS‑4h），24時間（SIS‑24h）に海馬を取り出と思われる．

した．BDNF に関して total mRNA 発現量の検ストレスと BDNF 遺伝子のヒストンの修飾に討，4つのエクソン mRNA 発現量の検討，蛋白関する研究は少ないが，慢性的な社会敗北性スト発現量の検討，各エクソンのプロモーター部位にレスを用いた研究

おけるヒストン・アセチル化の解析を real‑time

なるエクソン mRNA の減少や，異なったプロモPCR 法およびクロマチン免疫沈降法，ELISA 法

ーター領域におけるヒストン H3 または H4 のアを用いて行った．各時点での血清コルチコステロセチル化の変化が報告されている．このような先ン値は RIA 法にて測定した．

行研究と筆者らの研究の結果を合わせると，個体では，本研究の結果とは異未処置ラット群に比して，SIS 群では血清コルに対するストレスによる BDNF の発現変動の機チコステロン値の有意な亢進がみられ，同時に序は，ストレスの種類によって異なり，その相異

total BDNF mRNA，exon Ⅰ，Ⅳ mRNA，プにはヒストン・アセチル化部位の違いに関係してロモーターⅠ，Ⅳ，Ⅵ領域のヒストン H3 のアセいることが示唆される．また，ヒストン・アセチチル化の有意な減少がみられた．なお各プロモール化の減少は 22時間後には回復し，mRNA やター領域のヒストン H4 のアセチル化には，有意蛋白の減少も回復していたことから，環境刺激にな変化はみられなかった．拘束ストレス終了 2時

よる BDNF の発現調節に，ヒストンの可塑性が間後の SIS‑4h 群では，BDNF 蛋白量の有意な寄与していることも示唆された．クロマチン構造減少がみられた．しかしながら拘束ストレス終了に変化をおよぼす主要な要因は，ヒストンの修飾

後 22時間の SIS‑24h 群では，未処置ラット群にに加えて，DNA メチル化や ATP 依存性クロマ比して，total BDNF mRNA，exon mRNA 発チン再構成因子もあり，今後様々なストレスによ現に特に有意な差はみられなかった．

る遺伝子発現の変動の機序解明についてのエピジ

今回の単回拘束ストレスによる BDNF 遺伝子ェネティクス研究が望まれる．のエクソン mRNA の発現減少と，プロモーター領域のヒストン H3 のアセチル化の変化は概ね相．HDAC 阻害薬投与による抗うつ効果の関しており，BDNF mRNA および蛋白発現の減脳内メカニズムの解析

少に，特定のプロモーター領域のヒストン H3 ア

これまでに行われてきた抗うつ薬の作用機序にセチル化の減少の関与している可能性が示唆され関する研究から，抗うつ薬はノルアドレナリン・

特集

森信･他：うつ病の新たなメカニズム989

セロトニン受容体の活性 化 を 介 し て 転 写 因 子

大や不安行動の減少による影響ではなく，SB のCREB の リ ン 酸 化 を 導 き，そ の 結 果 脳 内 で の抗うつ効果による現象と考えられた．

BDNF などの遺伝子の発現の変化を導くことが，このため SB 慢性投与による抗うつ効果の作用抗うつ効果と密接に関連していると考えられるよ機序を解析する目的で，Saline・SB 慢性投与群うになってきている．先にも述べたようにヒストの海馬を対象に DNA マ イ ク ロ ア レ イ と real‑ン・アセチル化の亢進は，遺伝子の転写を亢進さtime PCR 法を用いて，SB 慢性投与によって特せることから，HDAC 阻害薬の投与は抗うつ効異的に発現の亢進する遺伝子を探索した．その結果をもたらすことが考えられている．

果，SB 慢性および Saline 慢性投与群の海馬でのこ れ ま で に も HDAC 阻 害 薬 で あ る sodium

DNA マイクロアレイによる遺伝子発現の変化のbutyrate（SB）を用いて抗うつ効果を解析したスクリー ニ ン グ か ら，Transthyretin（Ttr）の研究はあり，Schroeder ら は SB 慢性投与によ発現が顕著に SB 群で亢進していた．このためってマウスの尾懸垂テスト（強制水泳テストではreal‑time PCR 法にて発現の差を検証した結果，無効）で抗うつ効果が発揮されることや，フロキ

Ttr 発現のみが有意に SB 群で亢進していること

セチンと併用投与することで SB の抗うつ効果ががわかった．この実験で発見された Ttr mRNA増 大 す る こ と を 報 告 し て い る．こ れ に 対 し て発現機序を解析する目的にて，Ttr 遺伝子のプロGundersen ら は SB 慢性投与によって特に有意モーター領域のヒストン・アセチル化の程度を，な抗うつ効果は発揮されないことを，強制水泳テクロマチン免疫沈降法を用いて計測した．その結ストや novelty‑induced hypophagia テストを用果，SB 慢性投与によって Ttr 遺伝子プロモータいて報告している．このような矛盾した結果は，ー領域の H4 ヒストンのアセチル化が亢進していSB の抗うつ効果に関してまだまだ実験が必要なることがわかった．今回の SB 慢性投与によってことを意味していると考える．

亢進の得られた Ttr の発現亢進が，抗うつ薬にそこで筆者らも SB 慢性投与をラットに行い，よってもみられる現象であるかを解析する目的で，強制水泳テストなどでの行動評価にて，本剤の抗イミプラミンの慢性投与を行い，海馬での Ttrうつ効果を検証した．その上で SB 慢性投与によmRNA 発現の変化を Saline 群と比って有意に発現の亢進する遺伝子をマイクロアレ結果，特に SB 群と Saline 群の間に有意な差はイを用いて解析し，SB の抗うつ効果の作用機序みられず，Ttr 発現の亢進は SB に特異的な作用の解析も行った．と考えられた．

した．その実験には SB（1.2g kg）および対照群には生上述したように今回の行動実験の結果は，SB理食塩水（Saline）を，単回・慢性（1日 1回，慢性投与が抗うつ効果を発揮する可能性を示唆し7日 間）に Sprague‑Dawley雄 性 ラ ッ ト（8週ており，その機序にはイミプラミンとは異なり，齢）に投与した．抗うつ効果・抗不安効果・自発Ttr 遺伝子発現を亢進させることが関与している

運 動 量 へ の 効 果 の 評 価 は，強 制 水 泳 テ ス トことが推測された．Ttr 発現亢進を介した抗うつ（FST）
・高架式十字迷路（EPM ）・オープン フ作用機序としては，中枢神経系での甲状腺ホルモィールドテスト（OFT）を用いて行った．そのンの輸送亢進や，retinoic acid の輸送亢進が考え結果，SB 慢 性 投 与（単 回 で は 無 効）に よ っ てられる．今回の研究結果は，ヒストン・アセチル

FST にて有意な無動 時 間 の 減 少 を み た．な お化の亢進というエピジェネティックな機序を介しSB 慢性投与では，特に OFT での自発行動量やた，新たな抗うつ作用の可能性を提唱する結果でEPM の open arm での滞在時間などに，有意なあると思われる．同時に本研究の結果は，Ttr 遺変化はみられなかった．行動実験での結果から，伝子発現の亢進が，新たな抗うつ薬の開発に寄与

FST でみられた無働時間の減少は，運動量の増する可能性を示しており，難治性うつ病に対する

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新規治療法の開発という点で興味深い実験結果でplasticity to stress and antidepressant treatment. Biolあると思われる．

Psychiatry, 46; 1181‑1191, 1999
3）Duman, R.S., M onteggia, L.M .: A neurotro-．ま と め
エピジェネティック機構を一言でまとめると，塩基配列上の変化を伴わない機序での遺伝子発現

phic model for stress‑related mood disorders. Biol
Psychiatry, 59 ; 1116‑1127, 2006
4）Fuchikami, M ., M orinobu, S., Kurata, A., etal.: Single immobilization stress diﬀerentially altersの調節機構と称することができる．このようなエthe expression proﬁle of transcripts of the brain‑derived

ピジェネティックな機序での遺伝子発現の調節機

neurotrophic factor（BDNF）gene and histone acetyla-

構は，同じゲノム構造を持ちながらある細胞はニtion at its promoters in the rat hippocampus. Int J

ューロンに，別の細胞は肝細胞に分化するというNeuropsychopharmacol, 12; 73‑82, 2008

表現型の違いをもたらすメカニズムとしても注目

5）Goldberg, A.D., Allis, C.D., Bernstein, E.:されている．精神科領域でのエピジェネティック

Epigenetics: a landscape takes shape. Cell, 128; 635‑

な研究はまだ端緒についたばかりであり，現時点

638, 2007

での成果に関しては，ストレスやうつ病治療法（抗うつ薬・電気けいれん処置）が，BDNF 遺伝
子プロモーターのヒストン・アセチル化を変動さ

6）Gundersen, B.B., Blendy, J.A.: Eﬀects of thehistone deacetylase inhibitor sodium butyrate in models
of depression and anxiety.Neuropharmacol,57; 67‑74,
2009

せることによって，BDNF 発現を調節している

7）M oore, S.C., Ausio, J.: Major role of the his-

ことが報告されている程度である．今回の筆者ら

tones H3‑H4 in the folding of the chromatin ﬁber.の HDAC 阻害薬の研究では，慢性投与によってBiochem Biophys Res Comm, 230; 136‑139, 1997

抗うつ効果が示されたが，逆にこのような抗うつ8）Schroeder, F.A., Lin, C.L., Crusio, W.E.,et al.:効果を検出しなかった報告もある．これまで開発

Antidepressant‑like eﬀects of the histone deacetylase

されてきた抗うつ薬とは異なった作用機序をもつ，inhibitor, sodium butyrate, in the mouse. Biol Psychia-

新たな抗うつ薬の開発を目指す意味からも，今後の HDAC 阻害薬を用いた行動学的・分子生物学的研究は必要であると思われる．

try, 62; 55‑64, 20079）Tsankova,N.M ,Berton,O.,Renthal,W.,et al.:Histon modiﬁcations at gene promoter regions in rat
hippocampus after acute and chronic electroconvulsiveseizures. J Neurosci, 24; 5603‑5610, 2004

文献10）Tsankova, N.M ., Kumar, A., Nestler, E.J.:

1）Brunoni,A.R.,Lopes,M .,Fregni,F.: A system-

Sustained hippocampal chromatin regulation in aic review and meta‑analysis of clinical studies on major

mouse model of depression and antidepressant action.

depression and BDNF levels: implications for the role

Nat Neurosci, 9 ; 519 ‑525, 2006of neuroplasticity in depression.Int J Neuropsychopharamacol, 11; 1169 ‑1180, 20082）Duman, R.S., Malberg, J., Thome, J.: NeuralPowered by TCPDF (www.tcpdf.org)

特集

森信･他：うつ病の新たなメカニズム

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Epigenetic M echanism of Depression

Shigeru MORINOBU, M anabu FUCHIKAMI, Yosuke YAMAWAKI, Shigeto YAMAMOTO,Akiko KURATA, Shigeto YAMAWAKI

Department of Psychiatry and Neurosciences, Hiroshima UniversityNumerous epigenetic studies have revealed that the acetylated status of histone as wellas methylated status of cytosine is closely involved in gene transcription. Preclinical andclinical studies demonstrate that changes in levels of various genes in the brain including
BDNF, play a role in the pathophysiology of depression. It is well known that the levels ofBDNF mRNA and protein in the rat brain, such as frontal cortex and hippocampus, wasdecreased in response to stress,but the precise mechanism of stress‑induced downregulationof BDNF has yet to be characterized. In this context,we examined the inﬂuence of a single
immobilization stress（SIS）on the levels of total BDNF mRNA with each exon mRNA by
real‑time PCR and acetylated histone at the promoters of the BDNF gene by chromatin
immunoprecipitaion assay in the rat hippocampus. SIS signiﬁcantly decreased the levels oftotal BDNF mRNA with signiﬁcant reduced levels of exon I and IV mRNA. Signiﬁcantdecreases in acetylated histone H3, but not H4,were found at the promoters of exons I,IV,and VI. On the other hand, antidepressant‑like eﬀects has been reported with sodium
butylate（SB）, a histone deacetylase（HDAC）inhibitor, promoting gene transcription. Wealso found antidepressant‑like eﬀect of repeated administration of SB in the forced swim test
using rats. In addition, we found that upregulation in transthyretin mRNA in the rat
hippocampus is,at least in part,associated with this eﬀect using DNA microarray and real‑time PCR. Based on these ﬁndings, it is postulated that epigenetic regulation of the BDNF
gene by stress and antidepressants may be involved in the pathophysiology of depression.
Authorsʼabstract

Key words: epigenetics, histone acetylation, histone deacetylase inhibitor, brain‑derived
neurotrophic factor, transthyretin