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Development of a new tool for transsynaptic molecule transfer and its application for neural circuits in the cerebral cortex

Research Project

Project/Area Number 19K22471
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 46:Neuroscience and related fields
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

SATO MAKOTO  大阪大学, 連合小児発達学研究科, 教授 (10222019)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岡 雄一郎  大阪大学, 連合小児発達学研究科, 講師 (30614432)
安村 美里  大阪大学, 医学系研究科, 助教 (20533897)
猪口 徳一  大阪大学, 医学系研究科, 助教 (60509305)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Keywordsシナプス / 経シナプス / 神経活動 / エクソソーム / Arc
Outline of Research at the Start

ショウジョウバエでは、神経活動依存的に発現するArc蛋白及びそのmRNAを含むエクソソームが軸索末端の神経終末より放出され、ポスト側に運ばれ翻訳される。本研究では、このシステムを改変しマウスに応用し、従来困難であった神経活動により経シナプス的に物質輸送ができるツールとして新たに確立をはかる。その上で大脳皮質神経回路の解析に用いる。発達期大脳皮質では一つの前駆細胞から生まれた神経細胞(姉妹神経細胞)はギャップジャンクションで互いに結合しサブグループをなす。しかし、姉妹神経細胞が軸索投射先にて関連性を保った形で神経回路を構築するかは不明であった。その解明を試みる。

Outline of Final Research Achievements

Mapping neural circuits in accordance with neural activity is essential for understanding brain functions. Up to now, no tracer which is suitable for activity-dependent transsynaptic tracing has been developed. Here, we develop a new tracer X. The X contains SA-1 mode transmembrane domain, which forces a preceding less-hydrophobic domain to be stabilized in the plasma membrane. Upon cleavage between the two domains by Tobacco Etch Virus (TEV) protease, used as extracellular-input in this system, the less-hydrophobic domain fused with tTA is destabilized and translocated into nucleus. In this way, the X avoids receptor fluctuation because of the accurate cleaving by TEV protease, and is thus expected to have high signal specificity. Also, the X doesn’t need intracellular signal transducers. Our results demonstrate that the X is a novel efficient extracellular input detector with high signal-to-noise ratio, and is a potential activity-dependent transsynaptic tracer in vivo.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

(1)脳機能を解き明かす重要な技術基盤の開発ができた。
(2)Cre分子は、その発現細胞でのみ、目的とする遺伝子組み換えを誘導できる。そのため、細胞を単位として、遺伝子組換えを制御する際には、目的細胞のみでの発現制御が重要である。しかしながら、外部からの遺伝子導入法では、目的とする少数の細胞にその発現を誘導することは、困難であった。今回、少量のCreがあれば、組換えを起こすに十分な量をその細胞内に発現させることのできる微量Cre増幅系を開発した。本手法は、細胞単位での組換え研究に有用なツールとなる。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (12 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (2 results)

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    • Author(s)
      Tokuichi Iguchi, Yuichiro Oka, Misato Yasumura, Minoru Omi, Kazuki Kuroda, Hideshi Yagi, Min-Jue Xie, Manabu Taniguchi, Martin Bastmeyer, Makoto Sato
    • Journal Title

      Journal of Neuroscience

      Volume: in press

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    • Author(s)
      Matsumura K, (33名中略), Hashimoto R, (37名中35番目),Hashimoto H, Nakazawa T.
    • Journal Title

      Nat. Commun

      Volume: 11(1) Issue: 1 Pages: 859-859

    • DOI

      10.1038/s41467-020-14697-z

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    • 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

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    • Author(s)
      Sato M, Chou SJ
    • Journal Title

      Front. Neuroanat

      Volume: 14 Pages: 43-43

    • DOI

      10.3389/fnana.2020.00043

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    • Author(s)
      Matsumura K, Baba M, Nagayasu K, Yamamoto K, Kondo M, Kitagawa K, Takemoto T, Seiriki K, Kasai A, Ago Y, Hayata-Takano A, Shintani N, Kuriu T, Iguchi T, Sato M, Takuma K, Hashimoto R, Hashimoto H.
    • Journal Title

      Biochem Biophys Res Commun

      Volume: 519(3) Issue: 3 Pages: 626-632

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2019.09.048

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  • [Journal Article] Kcnab1 is expressed in subplate neurons with unilateral long-range inter-areal projections2019

    • Author(s)
      Tiong Y.X.S., Oka Y., Sasaki T., Taniguchi M., Doi M., Akiyama H., Sato, M.
    • Journal Title

      Frontiers in Neuroanatomy

      Volume: 印刷中 Pages: 39-39

    • DOI

      10.3389/fnana.2019.00039

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  • [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
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      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
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  • [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

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      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
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  • [Presentation] Neuronal circuit development of subplate neurons2020

    • Author(s)
      岡 雄一郎、Murtala Hamza Yahaya、張 永欣 Sheena、佐々木 達也、土井 美幸、谷口 学、猪口 徳一、佐藤 真
    • Organizer
      第43回日本神経科学大会
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  • [Presentation] Sema3Eの大脳皮質Va層異所発現による細胞移動の障害2020

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      秋山 久徳、岡 雄一郎、猪口 徳一、佐藤 真
    • Organizer
      第96回日本解剖学会近畿支部学術集会
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  • [Presentation] Neocortical neurons develop neuronal circuits for cooperative tasks by multiple-targeting with collateral formation.2020

    • Author(s)
      Makoto Sato
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      第2回 OIST-OU Joint Symposium
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  • [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
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  • [Presentation] 発達段階の大脳新皮質において、Hsd11b1発現領域は一時的に拡大する2020

    • Author(s)
      土井美幸、岡雄一郎、佐藤真
    • Organizer
      第125回日本解剖学会総会・全国学術集会
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  • [Presentation] Kcnab1 is an early marker for subplate of the mouse cerebral cortex and expressed in cortico-cortical projection neurons in layer 6b2019

    • Author(s)
      Yuichiro Oka, Sheena Y. X. Tiong, Tatsuya Sasaki, Miyuki Doi, Manabu Taniguchi, 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
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  • [Presentation] LAR-RPTPs dimer formation: a potential key-step in the receptors activation control2019

    • 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
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  • [Presentation] 単一大脳皮質2/3層ニューロンによる長連合性および交連性回路の形成過程の解析2019

    • Author(s)
      岡 雄一郎、土井 美幸、谷口 学、猪口 徳一、佐藤 真
    • Organizer
      第46回日本脳科学会
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  • [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
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  • [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)

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      http://www.anat2.med.osaka-u.ac.jp/index.html

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  • [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

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Published: 2019-07-04   Modified: 2022-01-27  

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