| Project Area | Census-based biomechanism of circuit construction and transition for adaptive brain functions |
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| Project/Area Number |
21H05241
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
藤山 文乃 北海道大学, 医学研究院, 教授 (20244022)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大野 伸彦 自治医科大学, 医学部, 教授 (10432155)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥79,430,000 (Direct Cost: ¥61,100,000、Indirect Cost: ¥18,330,000)
Fiscal Year 2025: ¥14,690,000 (Direct Cost: ¥11,300,000、Indirect Cost: ¥3,390,000)
Fiscal Year 2024: ¥14,430,000 (Direct Cost: ¥11,100,000、Indirect Cost: ¥3,330,000)
Fiscal Year 2023: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000)
Fiscal Year 2022: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
Fiscal Year 2021: ¥20,410,000 (Direct Cost: ¥15,700,000、Indirect Cost: ¥4,710,000)
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| Keywords | ドーパミン / 大脳基底核 / 神経回路 / 神経解剖 / 基底核 / 神経投射 / 形態学 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、齧歯類を用いて行動選択の際の大脳基底核の神経細胞の活動様式にその発現遺伝子プロファイルと神経投射・シナプス接続情報を統合し、行動選択を担う神経回路多様性の構築メカニズムの解明を目指す。まず、B01班との連携により、行動選択時に特徴的な反応を呈した神経細胞集団を抽出し、同時にB01班との連携で作成するバーコード遺伝子、光顕・電顕用標識を神経細胞に注入する。バーコードの有無と種類を、C01班との連携によりシークエンサーで解析し、活動様式特異的な発現遺伝子プロファイルと、神経投射様式を明らかにする。さらに、この神経投射終末のシナプス結合様式を、3D-EMを用いて三次元的に解析する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画では、適応行動の選択の際に特異的な活動を示す神経細胞に、ウイルスベクタを感染させ、この感染細胞の遺伝子プロファイルを明らかにするとともに、この神経細胞の軸索が投射するポストシナプス側の神経細胞の詳細な遺伝子プロファイルを明らかにする。計画班代表者らの先行研究によると、一つのドーパミン神経細胞が投射する線条体神経細胞は計算上75,000個と類推される。研究代表者等は、マウスの黒質において、申請者らが既に特定の入力を受けることを解析済みの部位のドーパミン神経細胞にAAV1- Creを中脳黒質に注入した。その１週間後にCreに依存して蛍光タンパク質を発現するAAV (AAV-Flex-mCherry)をでAAV1- Creを注入した同じ部位に注入してドーパミン神経細胞の投射軸索を可視化するとともに、ドーパミン神経細胞の投射先である線条体にCreに依存して蛍光タンパク質を発現するAAV（AAV-Flex-EYFP）を注入し、ドーパミンを受け取った線条体細胞の投射様式を可視化した(Karube et al., Front Neuroanatomy, 2024)。このことにより、ドーパミン神経細胞の経シナプス性順行性標識に申請者らは世界で初めて成功した。一方、分担者の大野教授のグループはdAPEX2-AAVを用いて、特定の軸索や樹状突起を標識して、その微細構造を電子顕微鏡を用いて観察する方法を確立した。現在、この両者を融合し、ドーパミンニューロンと接続するニューロンの標識と3次元電顕解析を行うことに挑戦しつつある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ドーパミン神経細胞の経シナプス性順行性標識に申請者らは世界で初めて成功し、既に論文投稿したため(Karube et al., Front Neuroanatomy, 2024) .
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| Strategy for Future Research Activity |
ドーパミン作動性シナプスを解析する場合に難しいのは、ドーパミンがシナプス部位のみならずdiffusion transmissionによっても放出されるという点である。そのため、実際にドーパミンがどこで受け渡されているのかを解析することはこれまで不可能であった。しかし今回ドーパミンを介した順行性経シナプス標識に世界で初めて成功したことと、ポスト側の細胞のみならずプレ側の軸索を可視化する工夫を加えたことで、ドーパミン作動性シナプスを解析することが可能になった。シナプス前軸索と、この軸索がシナプスする相手の神経細胞を、軸索終末、プレシナプスマーカー、樹状突起、ポストシナプスマーカーの４重染色による共焦点顕微鏡解析で同定する。この手法に関しては、研究代表者の藤山、研究分担者の苅部助教との共著が既にある【Nakano, Karube, ....., *Fujiyama, J. Neurosci. Res. 96, 1186-1207, 2018】。分担者の大野教授との共同研究では、ドーパミン細胞を小胞体局在型dAPEX2で標識し、投射先ニューロンをCre組換えで標識を発現するミトコンドリア局在型のdAPEX2で標識することを予定している。この実験の中で、神経細胞の細胞体や樹状突起のみならず、軸索遠位部まで標識するための条件検討を行う予定である。
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