高次染色体構造の形成異常に起因する神経機能障害

遺伝子の発現制御に染色体の高次構造が大きく影響することが明らかとなってきたが、脳神経系での役割は不明な点が多い。高次染色体構造形成に重要なCCCTC結合因子(CTCF)に着目し、脳神経系での役割や疾患との関係を明らかにするため研究を進めてきた。運動制御の中枢である小脳では、CTCFはプルキンエ細胞（PC）で強い発現を示すことがわかった。本研究では、小脳プルキンエ細胞でCTCFを欠損したマウス(CTCF-cKO)を作製して解析をおこなった。CTCF-cKOマウスは、生後３週間頃から発育不全が認められ、フットプリントによる歩行解析やロータロッドテストによる協調運動・運動学習解析などからCTCF-cKOマウスは進行性の運動障害を呈することがわかった。免疫組織科学的解析から、PCの樹状突起に自己回避の異常が見られること、樹状突起上の登上線維からの神経支配領域が細胞体側にシフトすることを見出した。また、PCの樹状突起の分岐部位に膨らんだ形状が認められ、電子顕微鏡による観察から樹状突起中にGiant Lamellar Body(GLB)が形成されることを見出した。GLBは、およそ40年前よりウェルドニッヒ・ホフマン病、13q欠失症候群、クラッベ病で報告例があり、神経変性疾患との関連が示唆されてきた。CTCF-cKOマウスの詳細な解析の結果、GLBは小胞体が層状に集積することで徐々に形成され、時間とともに巨大化していくことが明らかとなった。一方、細胞核周辺の小胞体は著しく減少し、最終的にPCが小脳から消失することがわかった。また、これに伴いCTCF欠損マウスの運動機能が著しく低下することがわかった。本年度は、これらの研究成果をまとめて論文として発表した。

遺伝子の発現制御に染色体の高次構造が大きく影響することが明らかとなってきたが、脳神経系での役割は不明な点が多い。高次染色体構造形成に重要なCCCTC結合因子(CTCF)に着目し、脳神経系での役割や疾患との関係を明らかにするため研究を進めてきた。運動制御の中枢である小脳では、CTCFはプルキンエ細胞（PC）で強い発現を示すことがわかった。本研究では、小脳プルキンエ細胞でCTCFを欠損したマウス(CTCF-cKO)を作製して解析をおこなった。CTCF-cKOマウスは、生後３週間頃から発育不全が認められ、フットプリントによる歩行解析やロータロッドテストによる協調運動・運動学習解析などからCTCF-cKOマウスは進行性の運動障害を呈することがわかった。免疫組織科学的解析から、PCの樹状突起に自己回避の異常が見られること、樹状突起上の登上線維からの神経支配領域が細胞体側にシフトすることを見出した。また、PCの樹状突起の分岐部位に膨らんだ形状が認められ、電子顕微鏡による観察から樹状突起中にGiant Lamellar Body(GLB)が形成されることを見出した。GLBは、およそ40年前よりウェルドニッヒ・ホフマン病、13q欠失症候群、クラッベ病で報告例があり、神経変性疾患との関連が示唆されてきた。CTCF-cKOマウスの詳細な解析の結果、GLBは小胞体が層状に集積することで徐々に形成され、時間とともに巨大化していくことが明らかとなった。一方、細胞核周辺の小胞体は著しく減少し、最終的にPCが小脳から消失することがわかった。また、これに伴いCTCF欠損マウスの運動機能が著しく低下することがわかった。本年度は、これらの研究成果をまとめて論文として発表した。