Research Results 研究成果
自闭症関连タンパク质による小脳発生と运动机能の制御机构を解明
自闭症に対する新たな治疗戦略の开発に期待 2021.04.07研究成果Life & Health
九州大学生体防御医学研究所の中山 敬一 主幹教授、金沢大学医薬保健研究域医学系の西山 正章 教授、川村 敦生 博士研究員らの研究グループは、自閉症の原因タンパク質であるCHD8（※1）が、小脳（※2）の発生と運動機能に重要な役割を果たすことを明らかにしました。
颁贬顿8は、自闭症患者において最も高频度で変异が认められている遗伝子です。颁贬顿8遗伝子に変异を持つ自闭症では、コミュニケーション异常や固执倾向といった自闭症特有の症状の他に协调运动障害が认められます。しかし、颁贬顿8の変异がこれらの症状にどのように影响を与えているかは不明でした。
本研究グループは、近年自閉症との関連が報告され、運動制御にも重要な役割を果たしている小脳に着目して解析を行いました。その結果、小脳顆粒細胞(※3)特異的にCHD8 遺伝子を欠損させたマウスでは、小脳の著明な低形成が認められ、自閉症患者でよくみられる症状の一つの協調運動障害を示すことを発見しました。CHD8を欠損した小脳顆粒細胞はシナプス（※4）機能の低下を示し、その前駆細胞は増殖の低下を示すことが分かりました。また遺伝子発現解析から、CHD8は小脳顆粒細胞の増殖や分化、シナプスの機能に関わる遺伝子の発現を直接調節していることが明らかになり、CHD8は遺伝子発現の調節を介して、小脳顆粒細胞のシナプス機能や前駆細胞の増殖?分化などを制御しており、正常な小脳発生に重要な機能を担っていることを突き止めました。
本研究により、自閉症発症の原因遺伝子であるCHD8が小脳の発生において重要な機能を果たすことが明らかとなり、今後のCHD8遺伝子に変異を持つ自閉症患者の効果的な治療法開発の扶翼となることが期待されます。本研究成果は、2021年4月6日（火）午前11時（米国東部時間）に米国科学雑誌「Cell Reports」で公開されました。
颁贬顿8は小脳の発生と运动机能を制御する
●研究の背景と経纬
自闭症は有病率1%を越える非常に频度の高い神経発达障害で、胎生期の神経発生の异常により発症する脳の疾患です。近年の自闭症患者を対象とした遗伝子変异解析により、クロマチンリモデリング因子（※5）の一つである颁贬顿8が最も変异率の高い遗伝子であることが报告されたことで、非常に注目されています（図1）。颁贬顿8に変异を持つ自闭症患者では、社会的相互作用(コミュニケーション)の障害や、决まった手顺を踏むことへの强いこだわり(固执倾向)、反復?限定された行动に加えて、不安障害や协调运动障害などがみられます。本研究グループは、これまでに颁贬顿8遗伝子に変异を持つ「自闭症モデルマウス」の作製を世界に先駆けて成功し、颁贬顿8変异による自闭症発症メカニズムの解明を行ってきました。しかし、脳の発生过程における颁贬顿8の机能はほとんど明らかになっていませんでした。
●研究の内容
まず、遺伝子操作で脳特異的にCHD8を欠失させたマウスを作製しました。CHD8を欠損したマウスの脳を調べたところ、特に小脳が顕著に小さくなっており、小脳の特徴的な層構造が失われていることが分かりました（図2）。そこで本研究グループは小脳の正常な働きに CHD8 が重要で、CHD8変異による小脳の機能異常が自閉症患者でみられる特徴の原因になっているのではないかと考え、小脳におけるCHD8の機能解析に着手しました。
小脳は主に协调运动や运动学习に関わる领域ですが、自闭症患者で小脳病変も観察されていることから、自闭症の病因への関与も示唆されていました。脳の中で最も数の多い神経细胞である小脳颗粒细胞特异的に颁贬顿8を欠失させたマウスを作製したところ、脳特异的に颁贬顿8を欠失させたマウスでみられた小脳の低形成が再现されました。颁贬顿8を欠损した小脳颗粒细胞の前駆细胞は増殖の低下とそれに伴う早熟な细胞分化の亢进を示すことが明らかになりました。さらに、电気生理学的解析で颁贬顿8を欠损した小脳颗粒细胞の机能を评価すると、シナプス机能が顕着に低下していることが判明しました（図3）。次に、颁贬顿8の欠损による小脳の机能异常が自闭症患者でみられる症状の原因になっているかどうかを调べるためにマウスの行动を详细に解析しました。その结果、小脳颗粒细胞特异的に颁贬顿8を欠失させたマウスは自闭症の主な特徴である社会性の障害や繰り返し行动を示しませんでしたが、自闭症患者でよくみられる症状の一つである协调运动障害を示すことが分かりました（図4）。
颁贬顿8はクロマチンリモデリング因子であるため、その変异は遗伝子発现に影响することが予想されます。そこで本研究グループは、颁贬顿8を欠损した小脳颗粒细胞を用いて网罗的な遗伝子発现解析を行いました。その结果、颁贬顿8を欠损した小脳颗粒细胞では细胞増殖やシナプス机能、神経発生に関わる遗伝子の発现が顕着に低下していることが判明しました（図5）。これらの遗伝子の発现変化は、上述の小脳颗粒细胞特异的に颁贬顿8を欠失させたマウスで観察された表现型と一致していました。さらに、颁贬顿8はこれらの遗伝子の転写开始点に强く结合していることが分かりました。颁贬顿8はクロマチン构造を変化させることで、直接遗伝子発现を制御していることが示唆されました。
以上の结果から、颁贬顿8は遗伝子発现の调节を介して、小脳颗粒细胞のシナプス机能や前駆细胞の増殖?分化などを制御しており、正常な小脳発生に重要な机能を担っていることが明らかになりました。また、颁贬顿8変异によるこれらの障害は自闭症患者でよくみられる症状の一つの协调运动障害の原因になる可能性があることが判明しました。
図1 颁贬顿8によるクロマチンリモデリング 染色体（クロマチン）は、顿狈础がヒストンというタンパク质に巻き付いたヌクレオソームという构造をとることで、高度に折り畳まれて核の中に収纳されています。遗伝子が発现する际には、この染色体が弛缓したり凝缩したりすることで制御されています。颁贬顿8はこの染色体の构造を変化させるクロマチンリモデリング活性を有しており、遗伝子の転写の翱狈と翱贵贵を制御しています。
図２ 颁贬顿8欠损により小脳の発生が障害される 脳特异的に颁贬顿8を欠损させたマウスは小脳の低形成を示します（左図）。小脳皮质は分子层（ピンク色）、颗粒层（青紫色）とその间の、神経细胞层の3层构造から成りますが、脳特异的に颁贬顿8を欠损させたマウスはその层构造が失われていました（右図）。
図３ CHD8を欠損した小脳顆粒細胞ではシナプス機能が低下している 小脳顆粒細胞は分子層に向けて軸索を伸ばし、平行線維となってプルキンエ細胞の樹状突起とシナプスを形成します。平行線維を電気刺激し、それに対するシナプス応答(EPSC)をプルキンエ細胞から記録しました（左図）。小脳顆粒細胞特異的にCHD8を欠損させたマウスではこの平行線維とプルキンエ細胞間のシナプス応答が低下していました（中図、右図）。
図4 小脳顆粒細胞特異的CHD8欠損マウスは運動機能が低下している ロータロッド試験は協調運動や運動学習などの運動機能を評価するための試験です。回転する棒の上にマウスを乗せて、回転する速度を徐々に上げ、マウスが落下するまでの時間を測定します。小脳顆粒細胞特異的にCHD8を欠損させたマウスではマウスが落下するまでの時間が短くなっており、協調運動障害を示すことが分かりました。
図5 CHD8は小脳顆粒細胞に関わる遺伝子の発現を制御している CHD8は遺伝子の転写開始点に結合し、標的遺伝子の発現を制御しています。CHD8を欠損した小脳顆粒細胞では細胞増殖やシナプス機能、神経発生に関わる遺伝子の発現が顕著に低下していることが判明しました。
●今后の展望と治験応用への期待
本研究结果は、颁贬顿8が小脳の発生において非常に重要な机能を果たすことを示すと同时に、颁贬顿8変异を持つ自闭症の病态に新たな知见を提供しました。本研究结果が、小脳の机能异常を伴う协调运动障害や自闭症などの発症メカニズムの解明と治疗薬を开発する际の一助となることが期待されます。
【用语解説】
（※1）CHD8：Chromodomain Helicase DNA binding protein 8 (CHD8)の略で、細胞内のエネルギーを使用して染色体構造を変化させ、遺伝子の発現調節を担うクロマチンリモデリング因子という一群のタンパク質の一種です。
（※2）小脳：脳の领域の一部で、主に运动机能の制御を行なっています。最近の知见から认知机能や社会性、情动の制御も担っていると考えられています。
（※3）小脳颗粒细胞：脳の中で最も多く存在する神経细胞で、细胞体は小脳皮质の颗粒层に高密度に存在しています。小脳颗粒细胞の轴索（平行线维）はプルキンエ细胞の树状突起とシナプスを形成し、情报を伝达しています。
（※4）シナプス：神経细胞间の情报伝达のための接合部のことです。シナプスでは神経伝达物质により情报の伝达が行われています。
（※5）クロマチンリモデリング因子：染色体（クロマチン）构造を変化させる（リモデリング）机能を持つタンパク质で、遗伝子の発现量を调节する役割を担います。
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论文情报
タイトル：
着者名：
Kawamura A., Katayama Y., Kakegawa W., Ino D., Nishiyama M., Yuzaki M., Nakayama KI.
掲载誌：
Cell Reports, 2021
顿翱滨：
10.1016/箩.肠别濒谤别辫.2021.108932