Analysis of axon cytoskeletal regulation and collateral formation regulated by lipid phosphate phosphatases

• Project/Area Number: 19K06923
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46020:Anatomy and histopathology of nervous system-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Yasumura Misato 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (20533897)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: リン脂質ホスファターゼ / 軸索側枝 / 皮質脊髄路 / リン脂質フォスファターゼ

Outline of Research at the Start

様々な脳領域の神経細胞が軸索側枝を形成しているが、その分子機構は依然として不明な点が多い。本研究は、皮質脊髄路の神経軸索が橋核に伸ばす側枝をモデルとし、我々が軸索側枝形成に関与することを見出したリン脂質フォスファターゼについて、細胞外のリガンドや、細胞内のシグナル経路を同定することで、側枝形成時の軸索の細胞骨格制御の分子機構を明らかにすることを目的とする。さらに、皮質脊髄路起始細胞以外の神経細胞が形成する側枝に関しても、同様の分子機構が使われているかを検討する。本研究を遂行することで、側枝形成時の軸索の細胞骨格制御の普遍的な分子機構が明らかになると期待できる。

Outline of Final Research Achievements

We analyzed the roles of one of lipid phosphate phosphatases in axon cytoskeletal regulation and collateral formation in corticopontine projections, which are collateral projections from corticospinal tract neurons. We found that knockdown of a lipid phosphate phosphatase in the corticospinal tract neurons inhibited the axon collateral formation to the basilar pons, and significantly inhibited axon elongation. We also found that the lipid phosphate phosphatase interacted with molecules regulating axon branch formation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

軸索側枝形成は脳が精緻な神経回路を形成するメカニズムの１つであるが、側枝の形成を促すトリガー分子や細胞骨格の変化を引き起こす分子機構などは未だ十分には解明されていない。リン脂質ホスファターゼが軸索側枝形成に関与していることを示した本研究によって、神経回路形成の仕組みの理解が進むと期待できる。
脳は損傷を受けると機能障がいが起こるが、代償機構が働くことで一部の機能は回復する。代償機構を担うのは軸索側枝形成による神経回路の再編成であるので、本研究の成果は、代償機構を向上させ、脳機能を回復させる新たな方法の開発にもつながると期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Neurexins play a crucial role in cerebellar granule cell survival by organizing autocrine machinery for neurotrophins (2022)
  • Author(s): Uemura T, Suzuki-Kouyama E, Kawase S, Kurihara T, Yasumura M, Yoshida T, Fukai S, Yamazaki M, Fei P, Abe M, Watanabe M, Sakimura K, Mishina M, Tabuchi K
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 39 Issue: 1 Pages: 110624-110624
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110624
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Planar cell polarity protein Vangl2 and its interacting protein Ap2m1 regulate dendritic branching in cortical neurons (2021)
  • Author(s): Yasumura M, Hagiwara A, Hida Y, Ohtsuka T
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 26 Issue: 12 Pages: 987-998
  • DOI: 10.1111/gtc.12899
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mutually repulsive EphA7-EfnA5 organize region-to-region corticopontine projection by inhibiting collateral extension (2021)
  • Author(s): 1.Iguchi, T., Oka, Y., Yasumura, M., Omi, M., Kuroda, K.,Yagi, H., Xie, MJ., Taniguchi, M., Bastmeyer, M., Sato, M.
  • Journal Title: J. Neurosci. Volume: Online ahead of print Issue: 22 Pages: 4795-4808
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0367-20.2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Combi-CRISPR: combination of NHEJ and HDR provides efficient and precise plasmid-based knock-ins in mice and rats (2020)
  • Author(s): Yoshimi K, Oka Y, Miyasaka Y, Kotani Y, Yasumura M, Uno Y, Hattori K, Tanigawa A, Sato M, Oya M, Nakamura K, Matsushita N, Kobayashi K, Mashimo T
  • Journal Title: Hum Genet Volume: 140 Issue: 2 Pages: 277-287
  • DOI: 10.1007/s00439-020-02198-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Axon collateral formation by receptor protein tyrosine phosphatase and heparan sulfate proteoglycans (2022)
  • Author(s): Yasumura M, Iguchi T, Sato M
  • Organizer: 第127回 日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] Mutually repulsive EphA7-EfnA5 signaling organize region-to-region corticopontine projection by inhibiting axon collateral extension (2022)
  • Author(s): Iguchi T, Oka Y, Yasumura M, Omi M, Taniguchi M, Sato M
  • Organizer: 第127回 日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] APEX電子タグを用いた大脳皮質領野をつなぐ回路発達 (2022)
  • Author(s): 金子 伊織、滋野 修一、安村 美里、Sampathkumar V、Kasthuri N、岡 雄一郎、佐藤 真
  • Organizer: 第127回 日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] Planar cell polarity protein Vangl2 interacts with Ap2m1 to regulate dendritic morphology in cortical neurons (2021)
  • Author(s): Yasumura M, Hagiwara A, Hida Y, Ohtsuka T
  • Organizer: 第44回 日本神経科学大会/第1回CJK国際会議
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 受容体型チロシンフォスファターゼによる軸索側枝形成の分子機構の解析 (2021)
  • Author(s): 安村 美里, 猪口 徳一, Nguyen Quynh Mai, 佐藤 真
  • Organizer: 第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 / 第98回日本生理学会大会 合同大会
• [Presentation] 神経活動が神経回路側枝形成に関連する受容体型 PTPファミリー分子のスプライシングに与える影響について (2021)
  • Author(s): 加藤 美春, 猪口 徳一, 安村 美里, 岡 雄一郎, 佐藤 真
  • Organizer: 第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 / 第98回日本生理学会大会 合同大会
• [Presentation] リン脂質フォスファターゼを介した軸索側枝形成の分子機構 (2020)
  • Author(s): 安村美里、猪口徳一、谷口学、Mai Quynh Nguyen、佐藤真
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] An early subplate marker Kcnab1 is expressed in cortico-cortical projection neurons in layer 6b in the mouse neocortex. (2020)
  • Author(s): Oka Yuichiro, Tiong Sheena Y.X., Yahaya Murtala Hamza, Sasaki, Tatsuya, Doi Miyuki, Yasumura Misato, Taniguchi Manabu, Sato Makoto.
  • Organizer: 第125回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] LAR-RPTPs dimer formation: a potential key-step in the receptors activation control (2019)
  • Author(s): Mai Q Nguyen, Tokuichi Iguchi, Misato Yasumura, Makoto Sato
  • Organizer: 第42回日本神経学会大会/第62回日本神経化学大会
• [Presentation] FIB-SEMを用いたPSD陽性樹状突起スパイン形態の解析 (2019)
  • Author(s): 三田村耕平、猪口徳一、安村美里、岡雄一郎、黒田一樹、謝敏カク、Ruwaida Elhanbaly、深澤有吾、佐藤真
  • Organizer: 第95回 日本解剖学会近畿支部学術集会
• [Remarks] 大阪大学大学院医学系研究科 解剖学講座（神経機能形態学）
  • URL: http://www.anat2.med.osaka-u.ac.jp/index.html
• [Remarks] 大阪大学大学院医学系研究科 解剖学講座（神経機能形態学）
  • URL: http://www.anat2.med.osaka-u.ac.jp/