甲状腺ホルモンが小脳機能に及ぼす影響を調査するための汎用性の高い行動法

甲状腺ホルモン(TH)は脳の発達に欠かせません¹。特に、幼少期のTH欠乏症は異常な小脳発達を引き起こすため、小脳におけるその役割は重要です^1,2。例えば、先天性甲状腺機能低下症では、患者は認知障害や運動障害を含む一連の神経学的遅延を示します³。小脳機能発達におけるTHの役割を明らかにするために、いくつかの研究では、小脳細胞特異的な方法でTH欠損が限定されています⁴。しかし、すべての組織や細胞がTH欠損の影響を受けている全身性先天性甲状腺機能低下症マウスと比較すると、このような小脳特異的なモデルは非常に微妙な運動失調を示すため、回転体、足跡、平均台などの従来の行動テストでは、その差はほとんど検出されません。したがって、THが小脳機能に及ぼす影響を完全に調査するには、モデルマウスの運動協調の微妙な変化を検出するための新しい評価ツールが必要です。

ロータロッドテストは、運動協調性を評価するための最も一般的なツールであり、もともとはDunhamとMiya⁵ によって開発され、後にJonesとRoberts^によって加速バージョンに適用されました6。回転ロッドから落下する潜時は、運動協調のテストとして解釈され、その単純さと簡潔さにより、運動機能を研究する行動研究者の間で一般的に使用されています⁷。ただし、このテストの使いやすさは諸刃の剣です。ロッドは自動的に回転するため、マウスは動かずに回転ロッドにしがみついて留まることができます。さらに、マウスは回転ロッドでバランスを取り続けるのではなく、落下するつもりかもしれません。いずれの状況においても、テストの有効性と信頼性は、「純粋な運動協調」を評価するには疑問があります⁷。つまり、小脳の機能を正確に狙っているわけではなく、握るための筋力など他の要素が関わっているのです。

ここでは、従来の運動協調評価ツールの代わりに、最近当研究室で開発された「ラダービーム試験」という新しい行動試験を紹介します。水平はしご歩行テストは、小脳関連の複雑な運動能力を評価するために設計されました:フィードフォワード予測と運動^の統合8。試験装置は、穴の開いたプレキシガラス4枚で構成されていました(図1)。4枚のプレートは、プレートの穴に挿入されたネジとスティックによって平行に接続されました。2つの外側プレートはデバイスの安定化に使用され、2つの内側プレートはさまざまな種類のはしご横木の設計に使用されました(図2C)。横木の幅は、動物が後退するのを最小限に抑えるために、動物のサイズに応じて調整されました(図2B)。スタート地点からゴールまでの距離は110cmでした。装置はベンチから60cm上に配置され、装置の下に安全クッションが設置されていました(図2A)。暗い部屋は、動物がゴールに向かって移動するように動機付けるために、ゴールの近くに設置されました(図2A)。

私たちは、小脳プルキンエ細胞にドミナントネガティブTH受容体(TR)を発現するトランスジェニックマウス(Mf-1/FVBマウス)を用いて、THが小脳機能発達に及ぼす影響を検討しました。ロータロッドビーム試験とラダービーム試験の両方で、Mf-1 / FVBマウスの小脳運動失調表現型を観察しました。しかし、ラダービーム試験では、ロータロッド試験よりも有意な差を検出することに成功しました(図3)。また、ラダービーム試験では、運動学習能力をより詳細に評価することができます(図3B,C)。このような行動表現型の細胞背景として、長期うつ病(LTD)の誘導が阻害され、代わりに、Mf-1/FVBプルキン^エ細胞9のLTD誘導刺激に続いて長期増強(LTP)が誘導された。LTDは、小脳¹⁰の運動協調と運動学習に不可欠です。多くの研究が、小脳機能の主要な調節遺伝子に対するノックアウトマウスまたは変異マウスにおける運動障害およびLTDの阻害を報告しているが、LTD誘導刺激後のLTPの誘導を報告した研究はこれまでにない^11,12。まとめると、この現象はMf-1/FVBマウスまたはTH欠損マウスに特有のものである可能性があり(同じ現象は成体発症甲状腺機能低下マウスで観察されました)、THが他の主要なタンパク質とは異なる方法で小脳機能を調節していることを示唆しています。もしそうなら、THの作用が異常なマウスは、他のモデルマウスと同じように小脳性運動失調を示さないと考えられる。これは、小脳機能に対するTHの影響を評価するための特定の方法の必要性を再び強調しています。この論文では、新しく構築されたラダービームテストを使用して、小脳機能に対するTHの影響を調査するための新しいプロトコルを紹介します。