医学類の実習が完了しましたが、まだまだ実習関係でやることがあります…7月の実習開始までに落ち着きたいものです(無理？)。それでも午後から大学院生と実験を行いました。夕方から「カンデル神経科学」の輪読会とラボセミナーを実施しました。M4のTさんが研究進捗報告を医療科学類3年生2名が論文紹介を行いました。夕立が一過性に強く降りました。
Progress in Neuropsychopharmacology & Biological Psychiatry
Prenatal exposure to valproic acid induces sex-specific alterations in rat cortical and hippocampal neuronal structure and function in vitro (バルプロ酸の胎内曝露はラットの大脳皮質および海馬ニューロンの構造と機能に性差を伴う変化を誘導する)
Olivia O.F. Williams, Melissa L. Perreault (Department of Biomedical Sciences, University of Guelph, Canada)
Abstract（要旨）
自閉スペクトラム症（ASD）には性差が存在するが、その機序は不明である。本研究では、胎内でバルプロ酸（VPA）曝露されたラットから得た大脳皮質（CTX）および海馬（HIP）の初代培養ニューロンを用い、性差に基づくニューロン活動、形態、グリコーゲン合成酵素キナーゼ3（GSK-3）シグナルを評価した。さらに出生時の大脳皮質遺伝子発現も解析した。VPAは特に大脳皮質において顕著な構造・機能変化を引き起こし、性差が観察された。
Background（背景）
ASDは社会的コミュニケーション障害や反復行動を特徴とし、男性の方が診断率が高いが、女性は症状を隠す傾向があり、性差の実態は不明確である。VPA胎児期曝露モデルはASDの病態研究に広く用いられているが、性差の検討はほとんど行われていない。
Methods（方法）
・妊娠ラットにVPA（500 mg/kg）または生理食塩水を腹腔内投与（妊娠12.5日目）
・出生直後の雄・雌ラットのCTXおよびHIP組織からニューロンを初代培養
・MEA（多電極アレイ）で電気活動解析
・免疫染色と形態解析（Sholl解析、樹状突起スパイン数、AIS長測定）
・ウエスタンブロットでGSK-3の発現と活性評価
・出生直後のCTX組織でトランスクリプトーム解析
Results（結果）
・CTXニューロンではVPA群で活動性と同期性上昇、特に雌で顕著
・HIPニューロンでは雌VPA群で活動性上昇、雄VPA群では不規則な発火パターン
・CTXニューロンの樹状突起分岐はVPA群で低下、雌で顕著
・HIPニューロンでは遠位部での樹状突起分岐増加（両性）
・雌CTXニューロンの樹状突起スパイン数増加
・CTXのGSK-3α/β活性低下（両性）、HIPでは変化なし
・出生時のCTX遺伝子発現は、雌で主にダウンレギュレーション、雄でアップレギュレーション
・神経ペプチド遺伝子（penk, pdyn）、受容体遺伝子（drd1, adora2a）に性特異的変化
Discussion（考察）
・VPAモデルによりCTXとHIPに性差を伴う神経発達異常が誘導され、ASDの性差に関連する可能性
・雌はより顕著なニューロン活動・構造変化を示すが、ASD症状は男性に多いことから、行動と神経基盤に複雑な関連が示唆される
・GSK-3活性低下と樹状突起スパイン増加が関連する可能性
・CTX遺伝子発現の性差がニューロン発達に影響を与えると考えられる
Novelty compared to previous studies（従来研究との新規性）
・VPAモデルにおける詳細な性差の解析を初めて実施
・ニューロン機能、形態、GSK-3活性、遺伝子発現を包括的に評価
・性特異的な分子・細胞レベルの異常を報告
Limitations（限界）
・in vitro培養系のため、実際の行動症状との直接的関連は不明
・出生直後の解析であり、発達過程の変化は未評価
・他のASDモデルとの比較が必要
Potential Applications（応用可能性）
・ASDの性差理解に貢献し、性別に基づく診断・治療戦略の基盤となる可能性
・GSK-3を標的としたASD治療の性差検討への示唆
GSK-3とは
正式名称：Glycogen Synthase Kinase-3（グリコーゲン合成酵素キナーゼ3）
1. 基本情報
- セリン／スレオニンキナーゼ（タンパク質のリン酸化酵素）
- 中枢神経系（脳）を含め全身に発現
- 2つのアイソフォームが存在：
- GSK-3α（51 kDa）
- GSK-3β（46 kDa）
2. 神経系における役割
- シナプス可塑性の制御
- ニューロンの発達（軸索・樹状突起形成）
- シグナル伝達調節（特にイオンチャネル機能）
- 神経活動の調整
- 脳内疾患（アルツハイマー病、統合失調症、ASD）への関与
3. 活性調節のメカニズム
- GSK-3のリン酸化が上昇すると不活性化（活性低下）
- 本研究では：
- 大脳皮質（CTX）のVPA群でpGSK-3α・β上昇 → 活性低下
- HIP（海馬）では性差を伴い異なる変化
4. ASD（自閉スペクトラム症）との関連
- GSK-3は神経発達・シナプス形成に関与
- ASDモデル動物でGSK-3活性が異常（過剰または低下）との報告多数
- GSK-3抑制薬はASD治療の候補として研究中
5. 本研究の位置づけ
- VPAモデルにより、大脳皮質ニューロンでGSK-3活性が性差を伴って低下
- 特に雌では：
- GSK-3活性低下 → ニューロンの過剰興奮・スパイン数増加と関連
- 雄では活性低下は限定的、発火パターン不安定化に関与
