広報活動

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2013年8月7日

理化学研究所

社会性や情動に関する行動を制御する因子をマウスで発見

-不安障害や気分障害の発症メカニズム解明の手掛かりに-

ポイント

  • RINESは、脳内の気分や情動の調節因子に働く酵素に結合して、その分解を促す
  • タンパク質の分解を制御する因子RINESを欠損したマウスは情動に関する行動に異常
  • 不安、うつなどの情動の障害を標的とした創薬に対する知見提供に貢献

要旨

理化学研究所(理研、野依良治理事長)は、神経系に発現するタンパク質の分解を制御する因子の1つ「RINES[1]」が、抗うつ薬や抗不安薬の標的の1つである酵素「モノアミンオキシダーゼ[2]」の分解を促して、正常な情動行動を制御していることを発見しました。これは、理研脳科学総合研究センター(利根川進センター長)行動発達障害研究チームの樺山実幸研究員と有賀純チームリーダーらの研究チームによる成果です。

気分や情動は、脳内で働く神経伝達物質「モノアミン[3]」によって調節されます。モノアミンには、注意や衝動性に関わるノルアドレナリンや精神を安定させる働きをするセロトニンなどが含まれます。それらはモノアミンオキシダーゼなどにより分解されることから、その阻害剤は、うつ病や不安障害などの治療に長年用いられてきました。またモノアミンオキシダーゼの1つ「モノアミンオキシダーゼA (MAO-A)」の脳内量が、不安などの情動や攻撃性などの社会性に関わる行動と関連性があると、ヒトや実験動物の研究から多く報告されています。しかし、MAO-A量の分解制御機構はこれまで知られていませんでした。

一方、2008年に研究チームは、標的となるタンパク質を修飾(ユビキチン化[4])して、その分解を促進する脳の小胞体上の膜タンパク質「RINES」を発見しています。RINESの解析のために、RINES欠損マウスを作製したところ、外見上は野生型マウス(正常マウス)と変わりませんが、その行動に異常があることを発見し、詳しい検証に挑みました。

今回研究チームは、RINES欠損マウスに対して、いくつかの行動実験を行った結果、不安やストレスに対する反応性や攻撃性などの社会性に関連した行動に異常があることを見出だしました。また、RINES欠損マウスでは、MAO-A量が増加し、その活性も増加していることが分かり、MAO-A分解にRINESの関与が示唆されました。そこでヒトおよびマウスの培養細胞を用いてRINESの関与について調べたところ、RINESはMAO-Aに結合してユビキチン化や分解を促進することが分かりました。

今回、RINESがMAO-A量を制御することで、社会性や情動に関連した行動の制御機構に関わっていることが明らかになりました。今後、ヒトにおいてもRINESの変異が不安や情動、社会性行動と関連することが分かれば、RINESを標的とした情動の障害や社会性障害を伴う神経疾患の創薬の重要な知見になると期待しています。
本研究成果は、米国の科学雑誌『The Journal of Neuroscience』オンライン版(8月7日号)に掲載されます。

背景

脳には数多くの神経伝達物質が存在しており、細胞間で情報のやりとりを行っています。神経伝達物質のうち、モノアミンと呼ばれるグループにはノルアドレナリンやセロトニンが含まれており、広範囲の脳の機能を調節するうえで重要な役割を果たしています。脳内におけるノルアドレナリンやセロトニンの量が適切に調整されることで、気分や情動が正常に保たれています。ノルアドレナリンやセロトニンを分解し、その量の調節を行っている酵素の1つが、モノアミンオキシダーゼ A(MAO-A)です。もし、MAO-Aが過剰にノルアドレナリンやセロトニンを分解すると、うつ病や不安障害を引き起こしてしまいます。そのため、MAO-A阻害薬が、うつ病や不安障害などの治療に長年用いられてきました。また、過去に行われたヒトや実験動物による研究から、MAO-Aは薬の標的になるだけでなく、脳内における量が社会性や情動に関わることが示されています。例えば、MAO-A量が少ないとヒトではブルンナー症候群のように、攻撃性が高くなり、マウスでは社会的な接触が低下する傾向があります。逆に、MAO-A量が多いと抑うつ、不安の傾向が高くなります。このように、社会性や情動に関わる行動と関連性のあるMAO-A量ですが、そのMAO-A量を制御する分解機構についてはいまだに分かっていません。

多くの細胞内タンパク質は、合成と分解を常に繰り返して新陳代謝をしています。主な分解経路として、ユビキチン・プロテアソーム系[5]があります。この系では、E3ユビキチンリガーゼ[6]と呼ばれるタンパク質が分解の標的となるタンパク質に目印となるユビキチンを結合させ、その目印を持ったタンパク質が細胞内の分解工場の1つであるプロテアソームに運ばれて、分解されます。したがって、このシステムではE3ユビキチンリガーゼが標的タンパク質の認識に重要な役割を果たします。2008年に研究チームは、脳に発現する小胞体膜上のタンパク質「RINES」が、E3ユビキチンリガーゼとしての活性を示すことを発見しました。このRINESの役割を明らかにするため、RINES欠損マウスを作製し、研究していたところ、外見上は正常な同腹の野生型マウスとまったく同じでしたが、その行動に異常があることに気が付き、RINESの機能と情動の関係性について詳しい検証に挑みました。

研究手法と成果

研究チームは、RINES欠損マウスと野生型マウスに対して、いくつかの行動実験を行いました。その結果、野生型マウスに比べてRINES欠損マウスの不安傾向が強いことが分かりました(図1)。また、不快感をもたらす微弱な電気刺激や強制的な水泳のストレスに対しての回避行動などの反応性が、RINES欠損マウスでは低下する、などの情動反応の異常を示しました。さらに、侵入者として今まで会ったことのないマウスと一緒にしてやると、正常マウスよりも長く相手に接触する(社会的な接触、親和性の増加)ことが分かりました(図2)。

これらの行動の異常から情動の変化が予想されたので、研究チームはRINES欠損マウスの脳の各部位で安静時と不快な刺激後にモノアミン量を調べることにしました。その結果、不快な刺激後、ノルアドレナリンとセロトニンの両方の量が、青斑核[7]という部位で正常マウスより低くなることが分かりました。青斑核ではMAO-Aの酵素活性が特に高いことが知られていることから、青斑核のMAO-Aの定量を行いました。その結果、青斑核でMAO-Aの酵素活性が20%ほど高く、その量も増えていることが明らかになりました。一方で、MAO-Aの産生過程について検討しましたが、その差は認められず、MAO-A量の増加は、産生が増えているせいではないことが分かりました。これらのことから、RINES欠損マウスでは、MAO-Aの分解が低下している可能性が考えられました。

次に研究チームは、実際にRINESが直接MAO-Aの分解に関与するのかどうかを検討してみました。その結果、培養細胞内でRINESはMAO-Aに結合して、ユビキチン化とタンパク質分解を促進することが分かりました。また、RINES欠損マウスの青斑核から抽出したMAO-Aでは、ユビキチン化の程度が減少していました。以上から、RINESがMAO-Aを標的としてその分解を促進することが明らかになりました(図3)。

さらに、RINES欠損マウスに表れた行動異常がMAO-Aの変化を反映しているのかどうかを検討するために、モノアミンオキシダーゼ阻害剤をRINES欠損マウスに投与して、その影響を情動行動異常において評価しました。その結果、RINES欠損マウスは正常マウスと異なった反応を示し、複数の行動評価項目で異常行動が改善しました。これらのことから、モノアミンオキシダーゼの量的な変化がRINES欠損マウスの行動異常に関係していることが確かめられました。

今後の期待

興味深いことに、RINES欠損マウスで観察された不安の増強や社会的な接触の増加といった行動異常は、MAO-A量の低下と関連した症状(ヒトのブルンナー症候群など)と逆になる一方で、MAO-A過剰と関連した症状(不安症状)とは類似しています(図4)。今回の発見は、MAO-A量の制御機構の新たな一面を明らかにしたものであり、情動障害や行為障害[8]の発症機構の理解に貢献するものとなりそうです。

さらに、ヒトにおけるMAO-A量低下による攻撃性は、幼児期の虐待などにより、その症状が顕著に出ることも明らかになっています。そこで研究チームではRINES欠損マウスの若齢期における異常にも注目しています。

また、ヒトにおけるRINESの変異が不安または攻撃性などの社会性行動の多寡と関連があるかどうかを検討することも重要です。今後、これらの点が解明されると、RINESを標的とした抗不安薬などの創薬の可能性を考える上で重要な知見になると期待できます。

原論文情報

  • Miyuki Kabayama, Kazuto Sakoori, Kazuyuki Yamada, Veravej G. Ornthanalai, Maya Ota, Naoko Morimura, Kei-ichi Katayama, Niall P. Murphy, and Jun Aruga. "Rines E3 Ubiquitin Ligase Regulates MAO-A Levels and Emotional Responses." The Journal of Neuroscience, 2013. doi:10.1523/JNEUROSCI.5717-12.2013

発表者

理化学研究所
脳科学総合研究センター 行動発達障害研究チーム
チームリーダー 有賀 純

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Tel: 048-467-9757 / Fax: 048-462-4914

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補足説明

  1. RINES
    RINGフィンガーモチーフを持つユビキチン転移酵素(E3 ユビキチンリガーゼ)。別名RNF180。結合タンパク質のユビキチン化とその後のプロテアソームによる分解を促進する。2008年に理研行動発達障害研究チームが発見した(Ogawa, M, Mizugishi, K and Aruga, J et al, Genes Cells 13, 391-409. 2008)。
  2. モノアミンオキシダーゼ
    モノアミンの代謝分解においては、モノアミン酸化酵素(MAO:monoamine oxidase)が重要な酵素となる。その破綻は、気分や情動に関連したさまざまな神経障害を引き起こすため、これらの障害の治療ターゲットとして注目されている。MAOは、モノアミンのアミノ基をアルデヒド基に酸化する。通常MAOはミトコンドリア外膜に局在し、細胞内のセロトニン、ノルアドレナリン、ドーパミンなどの分解に関与する。MAOにはMAO-AとMAO-Bがあり、2つの別の遺伝子によりコードされている。
  3. モノアミン
    ドーパミン、ノルアドレナリン、アドレナリン、セロトニン、ヒスタミンなどの神経伝達物質の総称で、気分や情動の調節に重要な役割を果たす。いずれの神経伝達物質も1つのアミノ基が2つの炭素鎖により芳香環につながる化学構造をもつ。霊長類、げっ歯類ではモノアミン含有神経細胞の細胞体は脳幹部にあり、ほぼ脳全体に神経軸索がいきわたるため、モノアミン神経系(モノアミン系)は広汎投射神経系としての特徴を持つ。
  4. ユビキチン化
    タンパク質修飾の一種で、 E1(活性化酵素)/E2(結合酵素)/E3(ユビキチンリガーゼ)の3種の酵素群の働きにより、E3が選択的に識別する標的タンパク質にユビキチンを結合させること。多くの場合、多数のユビキチンが結合し、ポリユビキチン鎖が形成される。ポリユビキチン化された標的タンパク質はプロテアソームにより認識され、分解される。
  5. ユビキチン・プロテアソーム系
    プロテアソームはタンパク質の分解を行う巨大な酵素複合体で、真核生物の細胞で細胞質および核内のいずれにも分布している。ユビキチンにより標識されたタンパク質をプロテアソームで分解する系は「ユビキチン-プロテアソーム系」と呼ばれ、細胞周期制御、免疫応答、シグナル伝達といった細胞中のさまざまな働きに関わる。この機構の異常はガンや神経変性疾患などの原因の1つになっている。
  6. E3ユビキチンリガーゼ
    タンパク質にユビキチンを連結させる酵素。この酵素は、ユビキチン−プロテアソーム系において、分解されるべきタンパク質の認識を行い、タンパク質を時間、空間的に適切な量に制御する中心的役割を果たす。
    ユビキチンリガーゼは、HECT型とRINGフィンガー型の2種類に大別される。RING型のE3ユビキチンリガーゼにはparkinやBRCA1などが知られ、その破綻が神経変性疾患や乳がんなどの原因の1つと考えられている。E3ユビキチンリガーゼは、さまざまな疾患の治療ターゲットとしても注目されている。
  7. 青斑核(せいはんかく)
    脳幹にある神経核で、何らかの神経系の分岐点や中継点となっている神経細胞群のこと。ノルアドレナリン作動性神経細胞を多数含む神経核として有名。ストレスとパニックに対する生理学的反応に関与している。モノアミンオキシダーゼの活性が高い。
  8. 行為障害
    反社会的、攻撃的あるいは反抗的な行動パターンが反復、持続することを特徴とする。年齢相応の社会規範や規則を大きく逸脱しているものを指す。

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図1 野生型マウスとRINES欠損マウスの不安傾向の比較

高架式十字迷路において、野生型マウスは壁に囲われていないアームにも頻繁に出てくるが、RINES欠損マウスは囲われた場所に多くいる(開放アームにいる時間は野生型マウスの14%まで低下)。これは、野生型マウスに比べてRINES欠損マウスは、不安傾向が強いことを示す。

図2 野生型マウスとRINES欠損マウスの社会性の比較

野生型マウスとRINES欠損マウスのそれぞれのホームケージに、侵入者として新たなマウス(薄青)を入れる。その結果、野生型マウスは新たなマウスから離れていることが多いが、RINES欠損マウスは、侵入者に接触したり、においを嗅いだりと、社会的な接触が増えた(野生型マウスの1.5倍ほど)。

図3 RINESの働き

RINESは、モノアミンオキシダーゼAをユビキチン化する。ユビキチン化されたモノアミンオキシダーゼAはプロテアソームで分解される。

図4 モノアミンオキシダーゼAタンパク質の量と精神疾患の関係

RINES欠損マウスの不安増強や社会的接触の増加などの行動異常は、モノアミンオキシダーゼA量が低下した際にヒトに見られる、攻撃性が高くなる症状(ブルンナー症候群など)と逆になる。一方で、モノアミンオキシダーゼA過剰と関連した症状(不安症状)とは類似する。

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