氏 名 彰
学 位 専 攻 分 博 士 理 学
学 位 記 番 総 研 大 第
学 位 授 与 の 日 付 成 ６ 月 日
学 位 授 与 の 要 件 生 命 科 学 研 究 科 遺 伝 学 専 攻 学 位 規 則 第 ６ 条 第 該 当
学位論文題目
論文審査委員 主 査 教 授 岩 琢 教 授 相 賀 裕 美 子 准 教 授 潤 助 教 長 直 樹
教 授 海 老 原 史 樹 文 名 屋 大 学
(Separate Form 2)
論 文 内 容 の 要 旨
Summary of thesis contents
Behavioral responses to stress are tightly associated with physiological reaction. It is known that behavioral responses to stress have been decreased in domesticated animals during the breeding process of domestication. In house mice (Mus musculus), laboratory mice show lower behavioral responses to stress than wild mice given that the laboratory mice are originated in domesticated mice. However, actual genetic and molecular basis of the behavioral differences between laboratory and wild mice remain to be clarified.
Anxiety is one of the stress responses in human by expecting danger or awful situation in future. In animal models, anxiety-like behavior has been proposed as one type of behavioral responses to stress which are similar to human’s anxiety responses. Previously, our group revealed that chromosome 17 is responsible for high anxiety-like behaviors using a panel of chromosome substitution (consomic) strains. A consomic strain, B6-ChrNMSM (N indicates substituted chromosome number), is a mouse strain which has same genetic background as a laboratory strain C57BL/6 (B6), but only one of the chromosomes is replaced with the corresponding chromosome from a Japanese wild strain MSM/Ms (MSM). Given that B6-Chr17MSM exhibits higher anxiety-like behaviors comparing to B6, it is speculated that the behavioral differences is caused by polymorphisms between B6 and MSM on the chromosome 17. However, actual causal genetic factor of the increased anxiety-like behaviors of the consomic strain had not been studied further from the chromosomal level. In order to address to the mechanisms associated with difference in anxiety-like behaviors, I decided to conduct genetic and molecular analysis using B6-Chr17MSM.
In Part I of this article, I report on my study for positional cloning of the gene related to the increased anxiety-like behaviors in B6-Chr17MSM and on the results of further molecular analysis of the gene. In order to conduct genetic analysis of anxiety-like behaviors in an open-field, I developed a series of sub-consomic strains, each of which carries partial segment of MSM-derived chromosome 17 from B6-Chr17MSM. I mapped a genetic locus responsible for high anxiety-like behaviors in a region between D17Mit129 to the telomere end, the region is covered in sub-consomic T103 strain. In order to map the genetic locus with fine resolution, I developed further congenic strains from the sub-consomic T103 strain. I conducted open-field test using these congenic strains, and mapped the region into about 2.6 Mb segment at the distal part of chromosome 17, named as T116 locus. Given that a causal gene of increased anxiety-like behaviors should be located in the T116 locus, I searched for the possible candidate genes in the T116 locus from a mouse genome database. I found only one protein-coding gene, which produce pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP), in the T116 locus. PACAP is a neuropeptide which increases stress responses in hypothalamus. These results indicated that PACAP is a strong candidate for the increased anxiety-like behaviors of B6-Chr17MSM.
PACAP has been implicated in anxiety-like behaviors that are decreased in PACAP knockout mice and enhanced by administration of PACAP into hypothalamus. Based on these previous reports, I characterized PACAP gene further at molecular level. I revealed that there is no difference at the nucleotide sequence of the coding region in PACAP gene between MSM and B6 alleles. In contrast, expression levels of PACAP gene in hypothalamus are significantly higher in the congenic strains which have
(Separate Form 2)
MSM allele than that of B6. These results indicated that the increased behavioral responses to stress in the congenic strains might be caused by increased PACAP expression.
In Part II of this article, I report on results of my study on genetic polymorphisms related to PACAP expression levels. In the sequence characterization of PACAP gene, I found a microsatellite (TG dinucleotide repeat) marker, D17Mit123, which is highly polymorphic among strains, in the non-coding region. It has been reported that some of the TG repeats in 5'-UTR (untranslated region) act as enhancer or splicing regulator. I investigated the molecular function of the TG repeat in PACAP expression using in vivo and in vitro analyses. I found that long TG repeat length results in increased PACAP expression and also decreased alternative splicing of 5'-untranslated exon 1B in several mouse strains. These associations were further confirmed by luciferase assays using PACAP minigenes containing B6-derived (TG)26 or MSM-derived (TG)40
repeats. Interestingly, I found that the TG repeat lengths are clearly shorter in a group of laboratory strains than a group of wild strains, suggesting the association of the shorter TG repeat with domestication process. Taken together, I suggest that TG repeats can regulate PACAP expression via activities of enhancer and splicing regulator that might be associated with high behavioral responses to stress in wild mice.
博 士 論 文 の 審 査 結 果 の 要 旨
Summary of the results of the doctoral thesis screening
家 畜 化 伴 い 動 物 様 々 行 動 様 式 の 変 化 引 起 こ さ の 一 し
安 様 行 動 反 応 の 減 少 あ 邉 さ 用 い の 遺 伝 機 構
迫 研 究 行
所 属 研 究 室 の 先 行 研 究 生 来 の ２ S ２ 系 統 標 準 実 験 系
統 あ （ 5 7 B １ / 6 。 B 6 ) 比 較 し 高 い 安 様 行 動 示 す こ び の 原 因 の 一 第 1 7 番 染 色 体 あ こ わ い 邉 さ B 6 の 2 0 対 の 染 色 体 の う 第 1 7 番 の 一 部 け ２ S ２型 置 換 え サ ン ッ 系 統 T 1 0 3 , T 1 1 6
作 製 解 析 す こ 第 1 7 番 染 色 体 の 末 端 近 い 2 . 6 ２ b ２ S ２の 高 い 安 様 行
動 の 責 任 領 域 存 在 す こ 見 け の 領 域 内 存 在 す タ ン 質 ー 遺
伝 子 垂 体 ニ 酸 ー 活 性 化 チ P A （ A P 遺 伝 子 の あ
２ S ２ B 6 の 間 P A （ A Pの ー 配 列 の 違 い 安 の 情 動 行 動 要 役 割 担 う 視 床 部 T 1 0 3 や T 1 1 6 B 6 比 較 し 転 写 産 物 び 蛋 白 質
P A （ A Pの 発 現 多 い こ わ こ の 結 果 先 行 研 究 の P A （ A P
の 遺 伝 子 ッ 安 様 行 動 の び 視 床 部 へ の P A （ A P 投
安 様 行 動 の 増 大 の 報 告 合 致 し ２ S ２ B 6 の 安 様 行 動 の 違 い P A （ A Pの 発 現 の 違 い 説 明 可 能 性 示 唆 さ
邉 さ 次 P A （ A Pの 遺 伝 子 多 型 発 現 影 響 え カ ニ い 解
析 行 第 2 ン ン 存 在 す T 低 ー B 6 2 6 回 ２ S ２ 4 0 回
あ 邉 さ こ の 長 さ の 違 い 遺 伝 子 発 現 え 可 能 性 考 え B 6 来
の P A （ A P 遺 伝 子 ン の 流 2 . 2 k b ン P 2 A － ー
遺 伝 子 い ン 。 た T 低 2 6 ) T 低 ー け ２ S ２ 型 置 換 え
た T 低 4 0 ン P （ 1 2 細 胞 導 入 し ー の 活 性 転 写 産
物 の 解 析 し の 結 果 両 者 た T 低 2 6 比 較 し た T 低 4 0 導 入 し 有 意 高 い こ 示 さ こ の 結 果 ２ S ２ の 高 い P A （ A P 発 現 の 原 因 の 一 T 低 ー 長 い こ あ 可 能 性 示 唆 さ
一 方 P A （ A P 非 ー の ン B 含 1 型 2 型 含 い 3 型 の 3種 類
の ン ン 存 在 す 邉 さ B 6 比 較 し T 1 0 3 の 脳 3
型 ン の 割 合 有 意 増 加 し い こ 見 け P （ 1 2細 胞 た T 低 2 6 た T 低 4 0 発 現 さ せ こ た T 低 4 0発 現 細 胞 1 型 ／ 2型 比 較 し 3 型 ン の 割 合
有 意 高 こ の こ T 低 ー の 長 さ 選 択 的 ン 影 響 す
こ 示 唆 し 3 型 ン ン 1 型 ／ 2 型 比 較 し K ぞ ど a k配 列
の 適 合 度 高 い 3型 1型 ／ 2型 比 較 し 翻 訳 効 率 高 い こ 期 待 さ 邉 さ P （ 1 2 細 胞 用 い の こ 矛 盾 し い 結 果 得
以 邉 さ ２ S ２ B 6 の 遺 伝 学 的 解 析 生 来
の 高 い 安 様 行 動 の 原 因 遺 伝 子 の 候 補 の 一 し P A （ A P 遺 伝 子 同 定 し さ B 6 比 較 し ン ン の T 低 ー 長 い こ ２ S ２ の P A （ A P遺 伝
(Separate Form 3)
子 発 現 の 高 さ 翻 訳 効 率 の 高 い こ 期 待 さ 3 型 選 択 的 ン
頻 度 の 高 さ の 原 因 あ 可 能 性 示 し 動 物 の 家 畜 化 伴 う 行 動 変 化
解 明 す こ 要 問 題 あ 邉 さ の 研 究 生 来 系 統
実 験 系 統 の 行 動 の 違 い 生 出 す 分 子 機 構 の 一 端 ワ ー
中 心 し 解 析 明 し い う 点 意 義 大 い 以 の 理
邉 さ の 博 士 論 文 学 授 の 要 件 満 す 審 査 員 全 員 一 致 断 し
