タイトル
2007年度 奨励賞 定方 哲史
概要

自閉症の発症に関連する
遺伝子CAPS2の解析

Analysis of autism-related gene CAPS2/CADPS2

定方 哲史   Tetsushi Sadakata

理研・脳センター・分子神経形成研究チーム
Lab. for Molecular Neurogenesis, RIKEN Brain Science Institute

<研究概要>
シナプス小胞に比べ、有芯小胞の開口放出メカニズムに関しては未解明の部分が多い。CAPS1タンパク質は、有芯小胞が形質膜に結合し、融合可能な状態(プライミング)になる上で重要な働きをしていることが示唆されているタンパク質であるが、それを否定する主張もある。私は、CAPS2を新規遺伝子として同定し、CAPS1, CAPS2タンパク質が脳内においてどんな物質の分泌に関与しているのかに興味を持ち、研究を行ってきた。その過程において、CAPS2遺伝子の異常が自閉症に関連していることが明らかになってきた。以下にその研究内容を概説する。

私は、CAPS1の新規ファミリー分子であるCAPS2を、小脳で特徴的な発現パターンを示す新規遺伝子としてクローニングした。私はCAPS2が脳内において、どのようなタンパク質の分泌に関与しているのかを調べるべくCAPS2会合小胞を精製した。その結果、小脳において、CAPS2はBDNFとNT-3を含む小胞に会合することが明らかになった(Sadakata et al., J. Neurosci., 2004; Sadakata et al., Neurosci. lett., 2006)。
私はさらに、脳内全体でCAPS2(とCAPS1)発現細胞の分布を調べ、脳全体でCAPS2とBDNFが、非常に似た発現パターンを示すことを明らかにした(Sadakata et al., J. Comp. Neurol., 2006)。
脳以外の領域においても、分泌に関与する細胞でCAPS2およびCAPS1の発現が見られ、特に副腎や膵臓、脳下垂体などの内分泌に関わる器官において特定の細胞に高い発現が見られた(Sadakata et al., J. Histochem. Cytochem., 2007)。
脳においては、様々なsplicing variantが発現しており、異なる発現パターンや、分泌活性を持つことが明らかになった(Sadakata et al., BMC Neurosci., 2007)。
私はCAPS2 KOマウスを作製し、小脳の解析を行った。その結果、小脳の特定の領域の(アポトーシスによる)低形成、プルキンエ細胞の樹状突起の低形成、顆粒細胞の移動の遅れ、平行線維終末部(プレシナプス)での小胞の減少、小脳性協調運動の低下、眼球運動の異常などが明らかになった。BDNF, NT-3の分泌も損なわれていたため、これらの異常の原因である可能性が高いことが示唆された(Sadakata et al., J. Neurosci., 2007)。自閉症剖検脳では、小脳において最も大きな異常が観察されることが知られている。CAPS2 KOマウスの小脳のおける形態異常は自閉症で報告されているものと非常に近いものであった。
三歳までに発病する精神疾患のひとつである「自閉症」は、“対人関係”や“言語等によるコミュニケーション” 、“活動や興味の範囲が狭くなり、常に同じ行動を繰り返す”といった障害を持つ。 人口千人当たり一人以上の割合で発症する珍しくない病気だが、その発症メカニズムは未解明である。最近では、脳の発達障害によるものと考えられており、遺伝的な要因が関与する疾患と予想されている。
私はCAPS2 KOマウスの行動解析を行い、このマウスが社会性行動の異常、母性行動の低下、多動、新奇環境への適応力の低下といった、自閉症で見られるような行動異常を示すことを発見した。さらに自閉症患者の血中におけるCAPS2の発現を解析したところ、自閉症患者特異的にCAPS2のexon3がスキップしていることが分かった。このexon3がスキップした欠損型CAPS2は、軸索輸送タンパク質であるp150Gluedに結合できなくなることや、シナプス部に輸送されなくなることなどが分かった。また、自閉症患者のゲノムの一塩基多型解析から、CAPS2タンパク質のアミノ酸配列に変異があるケースも検出した。これら結果から、自閉症患者においては、異常なCAPS2の発現によってBDNFの局所的分泌が異常になり、これが神経ネットワークの形成異常につながるという発症メカニズムを報告した(図)(Sadakata et al., J. Clin. Invest., 2007)。

今回明らかになったCADPS2遺伝子の発現異常と自閉症との関連性は、自閉症の発症メカニズム解明の糸口となりうる。また、CADPS2遺伝子の発現を調べることで自閉症の早期診断につながることが期待される。

Sadakata et al., BMC Neuroscience. 8(1): 25 (2007).
Sadakata et al., Journal of Clinical Investigation. 117(4), p931-943 (2007).
Sadakata et al., Journal of Neuroscience. 27(10), p2472-2482 (2007).
Sadakata et al., Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 55(3), p301-311 (2007).
Sadakata et al., Neuroscience Letter. 405(3), p217-222 (2006).
Sadakata et al., Journal of Comparative Neurology. 495(6), p735-753 (2006).
Sadakata et al., Journal of Neuroscience. 24, p43-52 (2004).

図 自閉症患者に見られた異常なCAPS2の局所的BDNF分泌への影響
CAPS2遺伝子欠損マウスの研究から、CAPS2はBDNFを含む分泌顆粒膜に結合し、BDNFの分泌を調節することが明らかになった。また、自閉症患者から見つかったCAPS2の異常な選択的スプライシングにより、細胞の局所的なBDNF分泌のパターンが混乱することが示唆された。これらの結果から、正常な神経ネットワークの形成に重要なBDNFの局所的な分泌の異常が、自閉症の発症に関与するのではないかと考えられる。