2007年2月4日(土) 早稲田大学国際会議場
井深大記念ホール
双極性障害の原因
理化学研究所 脳科学総合研究センター
精神疾患動態研究チーム
加藤 忠史
1
本日のテーマ
1)
2)
3)
4)
5)
双極性障害の研究目標
ミトコンドリア仮説のいきさつ
ミトコンドリア仮説の検証
一卵性双生児における研究
双極性障害における脳の異常とは?
2
双極性障害の研究目標
1)
2)
3)
4)
5)
難治性患者
→新たな治療法の開発
副作用
→作用メカニズム解明
診断・治療の遅れ→予後悪化→診断検査
治療反応の予測
→治療反応性検査
偏見
→病因解明、治療、検査
3
双極性障害の謎
1) 双生児研究から遺伝子の関与が明らか
なのに、原因遺伝子がつかまらない
2) 一晩で、全く動けないうつ状態から、一睡
もせずに動き回る躁状態に、突然変わる
3) 遺伝子の組み合わせという一方向の異
常が躁とうつという二方向の変化を生む
4) リチウムという健康な人には作用しない
イオンに何故か予防効果がある
5) 再発するほど次の再発が起きやすくなる
4
双極性障害でわかっていること
死後脳
遺伝学
明らかな異常なし
遺伝子が関係
5
双極性障害における遺伝子の関与
6
双極性障害でわかっていること
死後脳
遺伝学
脳画像
明らかな異常なし
遺伝子が関係
MRIで軽い脳梗塞の所見
7
双極性障害における「白質高信号」
• Dupont ら(1987)以後、12の報告で関連あり。
(4つの報告は否定的)
• 加齢により誰でも見られる非特異的な所見
• 虚血に対する脆弱性を反映?
8
双極性障害でわかっていること
遺伝学
死後脳
脳画像
遺伝子が関係
明らかな異常なし
MRIで軽い脳梗塞の所見
(歳と共に誰でも増加)
血液細胞 細胞内カルシウム濃度変化
9
• 小胞体カルシウム
ポンプ阻害薬
(Thapsigargin)で刺激
• 患者
13名
• 対照群 11名
カルシウム濃度
双極性障害患者の
培養リンパ芽球では
カルシウム反応亢進
(Kato T et al: Int J Neuropsychopharmacol
6: 379-89, 2003)
10
細胞内におけるカルシウムの役割
受容体
Ca2+チャネル
シナプス可塑性
分泌
細胞死
Ca2+
小胞体
受容体
ミトコンドリア
細胞内外には1万倍
のCa2+濃度差
11
双極性障害でわかっていること
遺伝学
死後脳
脳画像
遺伝子が関係
明らかな異常なし
MRIで軽い脳梗塞の所見
(歳と共に誰でも増加)
血液細胞 細胞内カルシウム濃度変化
薬理学 気分安定薬の神経細胞保護作用
12
生理食塩水
リチウム
リチウムの神経細胞死
抑制効果
•
•
•
•
ラット左中大脳動脈結紮
リチウム16日間投与
脳梗塞による症状軽減
梗塞サイズが56%減少
Nonaka S, Chuang DM:
Neuroreport 9: 2081-4, 1998
13
双極性障害でわかっていること
遺伝学
死後脳
脳画像
遺伝子が関係
明らかな異常なし
MRIで軽い脳梗塞の所見
(歳と共に誰でも増加)
血液細胞 細胞内カルシウム濃度変化
薬理学 気分安定薬の神経細胞保護作用
双極性障害では神経細胞が死にやすい?
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本日のテーマ
1)
2)
3)
4)
5)
双極性障害の研究目標
ミトコンドリア仮説のいきさつ
ミトコンドリア仮説の検証
一卵性双生児における研究
双極性障害における脳の異常とは?
15
31P-MRS(磁気共鳴スペクトロスコピー)
• 臨床用MRI装置で化学分析
• 1H、 31P、7Li、19Fなどが測定可能
• 31P: エネルギー関連物質(ATPなど)、細胞
膜関連物質(イノシトールリン酸)、細胞内pH
16
双極性障害患者におけ
る31P-MRS
Depressive
寛解期に細胞内pH低下
7.00 vs 7.05
躁・うつでは正常化
未服薬患者で確認
脳全体で見られる
うつでクレアチンリン酸↓
光刺激反応亢進
→ミトコンドリア病(CPEO)
と同じ
17
ミトコンドリアDNA (mtDNA)
•
•
•
•
•
染色体DNAと別にミトコンドリアに多数存在
ミトコンドリア蛋白質の一部をコード
16kbの環状 DNA
母系遺伝
体細胞変異がおきやすい
• ヒトゲノムのアキレス腱
→ さまざまな病気に関係?
染色体
DNA
ミトコンドリア病
mtDNA変異
核遺伝子変異による二次的
mtDNA変異(多重欠失)
MELAS
母系遺伝
mtDNA変異
(ヘテロプラスミー)
脳症(意識障害等)
CPEO (慢性進行性外眼筋麻痺)
常染色体優性(劣性)遺伝
核遺伝子変異
(POLG, ANT1, Twinkle)
外眼筋麻痺
うつ病、躁うつ病
双極性障害患者脳で欠失?
16kb mtDNA
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双極性障害のミトコンドリア仮説
ミトコンドリア関連核遺伝子変異・多型
mtDNA多型・変異
mtDNA欠失蓄積
ミトコンドリアCa2+ 制御障害
細胞内Ca2+シグナリング異常
シナプス可塑性の変化
双極性障害
(Kato & Kato, Bipolar Disorder 2000)
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本日のテーマ
1)
2)
3)
4)
5)
双極性障害の研究目標
ミトコンドリア仮説のいきさつ
ミトコンドリア仮説の検証
一卵性双生児における研究
双極性障害における脳の異常とは?
21
研究戦略
仮説に基づく研究 Hypothesis-Driven Approach
・ 遺伝学
・ 死後脳、患者由来培養細胞
・ モデル動物作成
発見的手法 Heuristic Approach
遺伝子発現解析・網羅的エピジェネティクス解析
・ 一卵性双生児不一致例
・ 死後脳
研究戦略
仮説に基づく研究 Hypothesis-Driven Approach
・ 遺伝学
・ 死後脳、患者由来培養細胞
・ モデル動物作成
発見的手法 Heuristic Approach
遺伝子発現解析・網羅的エピジェネティクス解析
・ 一卵性双生児不一致例
・ 死後脳
双極性障害の遺伝研究
1) CVCD (common variant common disease)仮説
方法:
問題点:
対策:
SNP解析(関連研究)
ほとんどの研究がこの仮説を採用
再現性乏しい (166遺伝子中6個のみ)
中間表現型との関連 (例:BDNF)
2) MRVCD (multiple rare variants common disease)仮説
方法:
問題点:
対策:
まれな大家系の解析
動物モデル作成に有用
表現型定義により結果が変動
機能障害が確実な変異に注目(例:DISC1)
24
双極性障害とmtDNAの研究戦略
1) CVCD仮説
・中間表現型(Ca2+)に影響する
機能的mtDNA多型の探索
2) MRVCD仮説
・ミトコンドリア病との関連に着目し
病的変異を探索
25
Ca2+制御に影響するmtDNA多型の検索
mtDNAを失った細胞(ローゼロ細胞)
蛍光色素の遺伝子を導入
単一細胞クローニング
細胞融合
35名の被験者
由来の血小板
ハイブリッド細胞
mtDNA全周配列
(Kazuno A et al, PLoS Genetics, 2006)
26
10398A型ではG型よりミトコンドリア内
Ca2+濃度が高い
・35名で216ヶ所の多型→ミトコンドリア
Ca2+濃度と関係する多型を探索
10398A 10398G
- 10398Aが双極性障害で多い傾向 (McMahon et al, 2000)
- 10398Aが双極性障害と関連 (Kato et al, 2001)
27
身体症状を合併する双極性障害患者
におけるミトコンドリアDNA解析
• 眼瞼下垂、筋力低下、糖尿病、脳梗塞等を伴
う双極性障害患者6名を調べた
• うち1名でmtDNA 3644T>C変異を発見
• Complex I活性低下、ミトコンドリア膜電位の
低下を来すまれな変異
• 双極性障害: 9/621 [1.4%]
対照群:
1/733 [0.1%]
28
コンストラクト
神経細胞に異常なmtDNA合成酵素が産生
される遺伝子改変マウスを作製
組み込んだ人工遺伝子
神経細胞のみで発現させる
配列
DNA合成時にミスするよう配
列を異常にした酵素の遺伝子
29
POLG変異マウスにおける
サーカディアンリズムの異常
30
オス
メス
オスTGマウス:
全体に行動量低下
特に周期的な行動
量変化なし
オスTGマウス:
抗うつ薬投与後
躁転に似た
行動変化
メスTGマウス:
通常では見ら
れない性周期
に伴う行動量
変化
31
• リチウムにより
行動量の変動
は改善
(Kasahara et al,
Molecular Psychiatry,
2006)
輪回し量のばらつき
リチウムの効果
32
CPEO
遺伝性CPEOと気分障害の併発例
POLG: ミトコンドリアDNA合成酵素
33
双極性障害のミトコンドリア仮説の歩み
1992
95
脳エネルギー
代謝異常
(Katoら)
2000
ミトコンドリア機能
障害仮説を提唱
(Katoら)
2005 2006
脳でミトコンドリ
ア関連遺伝子
低下(Konradi,
Harvard大)
脳内乳酸蓄積
(Dagerら、
Washington大)
米国RepliGen社が
RG2417が有効と発表
mtDNA異常マ
ウスが双極性
障害様の行動
異常
国際学会(CINP、BP)でミト
コンドリアシンポジウム
34
本日のテーマ
1)
2)
3)
4)
5)
双極性障害の研究目標
ミトコンドリア仮説のいきさつ
ミトコンドリア仮説の検証
一卵性双生児における研究
双極性障害における脳の異常とは?
35
DNAマイクロアレイ(GeneChip)
・小さなガラスの上に短いDNA断片を配置
・細胞からRNAを取り出して増幅し蛍光標識
・結合したcRNAの蛍光をスキャナーで解析
・数万の遺伝子の発現量を同時に測定
36
一卵性双生児間の遺伝子発現差異に
よる双極性障害関連遺伝子の同定
0.8%
健常双生児
XBP1
4.0% GRP78
4.8%
不一致双生児
(Kakiuchi et al, Nature Genetics 2003)
37
XBP1の「小胞体ストレス反応」における意義
Yoshida H, Matsui T, Yamamoto
A, Okada T, Mori K: Cell (2001)
38
双極性障害における小
胞体ストレス反応の低下
小胞体ストレス反応を
低下させるXBP1多型
39
XBP1 -116C/G多型と精神疾患の関連研究
40
双極性障害における小胞体ストレスに対する
XBP1反応の低下とXBP1多型の影響
So et al, Biol Psychiatry (2007)
遺伝子多型
中間表現型
疾患
41
XBP1は神経可塑性関連
転写因子か?
Unspliced form
Spliced XBP1
ERストレス
ER
IRE1
polyribosome
mRNA
XBP1
活性型転写因子
神経可塑性関連標的遺伝子
神経可塑的変化=
蛋白合成亢進
42
本日のテーマ
1)
2)
3)
4)
5)
双極性障害の研究目標
ミトコンドリア仮説のいきさつ
ミトコンドリア仮説の検証
一卵性双生児における研究
双極性障害における脳の異常とは?
注: ここから先は、今後の研究の方向性を示
したもので、まだ証明されていない仮説です!
43
双極性障害と関連が見られた遺伝子の
特異性
ミトコンドリア
• POLG変異 (パーキンソン病、糖尿病)
• mtDNA 10398多型 (パーキンソン病、寿命)
• mtDNA 3644変異 (パーキンソン病、糖尿病)
• mtDNA 3243変異 (糖尿病)
• NDUFV2多型 (パーキンソン病)
小胞体
共通のキーワード
• XBP1 (糖尿病)
:細胞死?
• WFS1 (糖尿病)
44
ミトコンドリア機能障害の意義
• ミトコンドリア糖尿病 (Kadowaki: NEJM 1994)
膵臓ランゲルハンス島の過負荷?
• パーキンソン病
ドーパミン産生細胞は、ドーパミン代謝、
鉄により、活性酸素産生↑、細胞死に脆弱
• 双極性障害ではどのような神経系が障害
されるのか?
45
双極性障害の経過
• 初期は8年位の病相間隔
• 病相を繰り返す毎に間隔が短くなる
→急速交代型(Rapid Cycling)(年に4回以上)
治療抵抗性に
細胞死?
46
鍋島 俊隆 野田 幸裕 毛利 彰宏 尾崎 紀夫 稲田 俊也
理研BSI
宮脇 敦史 永井 健治 吉川 武男 山田 和男
東京都老人研
田中 雅嗣
福井医大 杏林大 信州大 昭和大学
米田 誠 田島 治 鷲塚 伸介 巽 雅彦
NTT病院
秋山 剛
東京大学
加藤 進昌 佐々木司 栃木衛 幸田和久 梅影 忠
女子医大
坂元 薫 福永 貴子
帝京大
南光 進一郎
精神神経センター
功刀 浩 田所 和幸 飯嶋 良味
藤田保衛大
岩田 仲生 鈴木 竜世 北島 剛司
浜松医科大
森 則夫 三辺 義雄 中村 和彦
共同研究者
(敬称略)
47
謝辞
研究にご協力いただいた患者の皆様
Stanley Foundation Brain Bank
E. Fuller Torrey
Marie Webster
Robert Yolken
Michael Knable
48
謝辞(研究費)
•
•
•
•
•
理化学研究所脳科学総合研究センター研究費
文部科学省 科学研究費
厚生労働省 こころの健康科学研究費
ヒューマンサイエンス財団
National Alliance for Research on Schizophrenia
and Depression (NARSAD)
• Stanley Foundation
49
理研BSI精神疾患動態研究チーム
Mitochondria
Maternal Behavior
ER Stress
笠原和起 PhD
黒田公美 MD, PhD
垣内千尋 MD
窪田美恵 PhD
林 朗子 MD, PhD Technical Staff
宗像可枝 MD, PhD Epigenetics
文東美紀 PhD/石
福家 聡 PhD
渡みずほ/亀谷瑞
岩本和也 PhD
数野安亜 MS
枝/宮内妙子/上田
倉富剛 MS
栃木 衛 MD
順子MS/磯野蕗子
50
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