脳神経を守るアストロサイトが生まれる仕組みを解明

論文タイトル“Unfolded protein response, activated by OASIS family transcription factors, promotes astrocyte differentiation”(Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms1971)

広島大学大学院医歯薬保健学研究院分子細胞情報学

今泉 和則 （教授）齋藤 敦 （助教）

2012. 7.23

今回の研究でわかったこと

１．脳神経系細胞のひとつであるアストロサイトの誕生にOASISという遺伝子が重要な働きをしている。

２．OASISが無くなったマウスでは、アストロサイトが生まれにくくなる（数が減少する）。

３．このようなマウスは、脳傷害に対して極めて脆弱である。

アストロサイトの役割

１．神経細胞に栄養を供給２．神経伝達の修飾３．傷害時における再生・修復４．血液脳関門の形成

アストロサイトアストロサイトアストロサイトアストロサイト

神経前駆細胞神経前駆細胞神経前駆細胞神経前駆細胞

神経細胞神経細胞神経細胞神経細胞

オリゴデンドロサイトオリゴデンドロサイトオリゴデンドロサイトオリゴデンドロサイト

細胞分化細胞分化細胞分化細胞分化

神経幹細胞神経幹細胞神経幹細胞神経幹細胞

神経系細胞の分化系譜

OASIS KDEL overlap

OASISはアストロサイトの小胞体に局在する転写因子はアストロサイトの小胞体に局在する転写因子はアストロサイトの小胞体に局在する転写因子はアストロサイトの小胞体に局在する転写因子

Kondo, et al., Nature Cell Biology, 2005

膜貫通領域膜貫通領域膜貫通領域膜貫通領域塩基性領域塩基性領域塩基性領域塩基性領域

ロイシンジッパー領域ロイシンジッパー領域ロイシンジッパー領域ロイシンジッパー領域

1 292 314 353 374 394 519

OASIS

小胞体内腔ドメイン小胞体内腔ドメイン小胞体内腔ドメイン小胞体内腔ドメイン

小胞体

OASIS遺伝子

Neo遺伝子

胚性幹細胞（embryonic stem cell; ES細胞）

遺伝子ノックアウトの作成・・・・・・・相同組換え

染色体ＤＮＡ

ターゲッティングベクター

WT KO

WT KO

12週齢

OASIS遺伝子欠損マウス

GFAP E14.5

GFAP E16.5

GFAP E16.5

GFAP E14.5 GFAP E18.5

GFAP E18.5

WT

OASISKO

OASIS欠損マウスにおけるアストロサイトの分化障害

Saito, et al., Nature Communications, 2012

GFAP

Nestin

0 2 4 60 2 4 6 (day)

S100ββββbLBP

+/+ -/-

BMP2

2 day, 4day, 6 day

LIF

(0 day)5

0

1

2

3

4

0 2 4 6 (day)

fold

indu

ctio

n

GFAP WT

GFAP -/-

S100ββββ WT

S100ββββ -/-fo

ld in

duct

ion

1.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 2 4 6

bLBP WT

bLBP -/-

Nestin WT

Nestin -/-

OASISOASISOASISOASIS欠損マウスではアストロサイトの分化異常が起こる欠損マウスではアストロサイトの分化異常が起こる欠損マウスではアストロサイトの分化異常が起こる欠損マウスではアストロサイトの分化異常が起こる

E14.5 マウス大脳より神経前駆細胞マウス大脳より神経前駆細胞マウス大脳より神経前駆細胞マウス大脳より神経前駆細胞

アストロサイトへ

Saito, et al., Nature Communications

カイニン酸投与後海馬で神経細胞死が起こるカイニン酸投与後海馬で神経細胞死が起こるカイニン酸投与後海馬で神経細胞死が起こるカイニン酸投与後海馬で神経細胞死が起こる

WT OASIS-/-

カイニン酸カイニン酸カイニン酸カイニン酸 24時間後時間後時間後時間後

CA3 CA3

CA1

CA1 CA1

OASIS欠損マウスにおける反応性アストロサイトの細胞数欠損マウスにおける反応性アストロサイトの細胞数欠損マウスにおける反応性アストロサイトの細胞数欠損マウスにおける反応性アストロサイトの細胞数

ニッスル染色ニッスル染色ニッスル染色ニッスル染色 ( カイニン酸カイニン酸カイニン酸カイニン酸 24h)

CA1

CA2

CA3

DG

CA1

CA2

CA3

DG

OASIS欠損マウスの神経細胞はカイニン酸に対して脆弱になる欠損マウスの神経細胞はカイニン酸に対して脆弱になる欠損マウスの神経細胞はカイニン酸に対して脆弱になる欠損マウスの神経細胞はカイニン酸に対して脆弱になる

WT OASIS欠損マウス

OASIS OASIS OASIS OASIS 欠損マウスは脳虚血に脆弱である欠損マウスは脳虚血に脆弱である欠損マウスは脳虚血に脆弱である欠損マウスは脳虚血に脆弱である（中大脳動脈永久閉塞（ＭＣＡＯ）による脳梗塞）（中大脳動脈永久閉塞（ＭＣＡＯ）による脳梗塞）（中大脳動脈永久閉塞（ＭＣＡＯ）による脳梗塞）（中大脳動脈永久閉塞（ＭＣＡＯ）による脳梗塞）

3333

6666

9999

12121212

15151515

18181818

0000

22 22脳

梗塞

巣の

面積

脳梗

塞巣

の面

積脳

梗塞

巣の

面積

脳梗

塞巣

の面

積(m

m )

(mm

)(m

m )

(mm

)

脳スライス位置脳スライス位置脳スライス位置脳スライス位置 (mm)(mm)(mm)(mm)2222 4444 6666 8888 10101010 12121212

OASIS +/+OASIS +/+OASIS +/+OASIS +/+

OASIS OASIS OASIS OASIS ----////---- ****

33 33脳

梗塞

巣の

体積

脳梗

塞巣

の体

積脳

梗塞

巣の

体積

脳梗

塞巣

の体

積(m

m )

(mm

)

(mm

)

(mm

)

0000

10101010

20202020

30303030

40404040

5050505060606060

70707070

80808080****

OASIS +/+OASIS +/+OASIS +/+OASIS +/+ OASIS OASIS OASIS OASIS ----////----

神経保護作用神経保護作用神経保護作用神経保護作用

脳傷害脳傷害脳傷害脳傷害

神経細胞神経細胞神経細胞神経細胞

細胞生存細胞生存細胞生存細胞生存 細胞死細胞死細胞死細胞死

OASIS+/+ OASIS-/-

成熟アストロサイト成熟アストロサイト成熟アストロサイト成熟アストロサイト

ER

OASIS

神経保護作用神経保護作用神経保護作用神経保護作用

神経細胞神経細胞神経細胞神経細胞

神経前駆細胞神経前駆細胞神経前駆細胞神経前駆細胞 神経前駆細胞神経前駆細胞神経前駆細胞神経前駆細胞

未成熟アストロサイト未成熟アストロサイト未成熟アストロサイト未成熟アストロサイトER

小胞体ストレス細胞分化刺激細胞分化刺激細胞分化刺激細胞分化刺激

OASIS N末端

膜内切断

核

小胞体小胞体小胞体小胞体

OASIS

CRE

CRE:Cyclic AMP Response Element

OASISの機能

ターゲット遺伝子？ターゲット遺伝子？ターゲット遺伝子？ターゲット遺伝子？

Kondo, et al., Nature Cell Biology, 2005

・ ショウジョウバエではgcmがニューロンとグリア細胞の運命を決定する。

・ マウス脳に Gcm1 を過剰発現させることでアストロサイト細胞系譜が誘導

される。(Iwasaki Y. et al., Development., 2003.)

・ 分化関連遺伝子の promoter 領域における DNA 脱メチル化に関与する。

(Hitoshi S. et al., Nat. Neurosci., 2011.)

Gcm1(Glial Cell Missing 1)の機能

神経細胞神経細胞神経細胞神経細胞

神経前駆神経前駆神経前駆神経前駆細胞細胞細胞細胞

グリア細胞グリア細胞グリア細胞グリア細胞

Gcm1Gcm1

幹細胞幹細胞幹細胞幹細胞

?

アストロサイト分化におけるOASIS, Gcm1の作用

WT KO

KO +OASIS KO +Gcm1

Green: GFAPRed: nestin

神経前駆細胞

BMP2BMP2LIFLIF

OASISの活性化の活性化の活性化の活性化

Gcm1の発現誘導の発現誘導の発現誘導の発現誘導

アストロサイトへの分化開始アストロサイトへの分化開始アストロサイトへの分化開始アストロサイトへの分化開始

プロモーター領域の脱メチル化

OASISによるアストロサイト分化制御

本研究の発展性、医療への応用

１．幹細胞からアストロサイトを生み出す技術の開発

→再生医療への応用

２．OASIS機能の活性化を促す薬開発

→アストロサイトを誘導し、脳傷害から守る治療薬

（脳梗塞、脊髄損傷など）

３．発達障害の分子機構解明

→アストロサイトの機能異常との関連性

【論文名・著者】Unfolded protein response activated by OASIS family transcription factors promotes astrocytedifferentiation.Atsushi Saito1, Soshi Kanemoto1, Noritaka Kawasaki1, Rie Asada1, Hideo Iwamoto1, MamiOki1, Hidetaka Miyagi1, Soutarou Izumi1, Tsukasa Sanosaka2, Kinichi Nakashima2, andKazunori Imaizumi1*

1Department of Biochemistry, Institute of Biomedical & Health Sciences, University of Hiroshima.

2Laboratory of Molecular Neuroscience, Graduate School of Biological Sciences, Nara Institute of Science and Technology.

Nature Communications, 3: 967, doi: 10.1038/ncomms1971 (2012)

【共同研究機関】１．広島大学大学院医歯薬保健学研究院分子細胞情報学齋藤敦、金本聡自、川崎範隆、浅田梨絵、岩本秀雄、沖真実、宮城秀考、泉聡太郎、今泉和則２．奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科分子神経分化制御佐野坂司、中島欽一