単一細胞トランスクリプトームによる抑制性神経細胞の分化機構の解明

• Project/Area Number: 20J00278
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 43050:Genome biology-related
• Research Institution: Osaka University (2022); University of Tsukuba (2020-2021)
• Principal Investigator: 堀江 良子 大阪大学, 生命機能研究科, 特別研究員(PD) (90894907)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: ホヤ / 単一細胞トランスクリプトーム / 神経細胞 / 細胞分化 / 単一細胞トランスクリプトーム解析

Outline of Research at the Start

本研究課題は、ホヤ幼生の中枢神経系に存在するニューロンのうち、特にGABAニューロンの分化機構を解明することを目指す。GABAは抑制性の神経伝達物質で、主に他のニューロンや器官の興奮を抑える働きをしている。GABAニューロンの機能不全は、運動障害、不安障害、うつ病、統合失調症など多くの障害を引き起こすことが知られており、医学的にも非常に重要なニューロンである。

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、ホヤ幼生の中枢神経系全体においてGABAニューロンを生み出す分子機構を明らかにし、他のニューロンの分化機構と比較することにより、中枢神経系においてサブタイプが異なるニューロンを生み出す分子機構を解明することを目指した研究である。
単一細胞トランスクリプトーム解析の結果、尾部に存在する双極型感覚神経細胞(BTNs)がGABA神経であることが分かった。前年度までにBTNsの分化機構については、POUIVおよびNeurogeninがお互いを活性化するフィードバックループがBTNsの分化に重要であることが明らかにしている。
今年度は最終分化後にBTNsの双極に伸びた軸索を形成するメカニズムついて研究を行った。胚発生過程を通した単一細胞トランスクリプトーム解析のデータから各神経細胞の分化過程における遺伝子発現の変遷を示した細胞系統樹の作成を進めた。そして、細胞系統樹をもとに、BTNsの最終分化のポイントで発現し、それ以降も発現が維持される転写因子・シグナル分子を検索し、13個の転写因子・シグナル分子が最終分化後のBTNsで発現し続けることを明らかにした。
同定した13個の転写因子・シグナル分子について機能解析を進めたところ、いくつかの転写因子の機能阻害によってBTNsの分化は阻害されないが、BTNsの形態維持や移動に異常のある表現型を示すものを同定した。つまり、最終分化後にBTNsの双極に伸びた形態を形成・維持を行う転写因子やBTNsの移動を制御する転写因子を同定することに成功した。これらの結果から、BTNsの初期分化から最終分化、そしてBTNsの位置する場所まで移動し、ターゲットとなる細胞に対して軸索を伸ばすところまでの一連の分化機構を制御する転写因子ネットワークを同定することに成功した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] プリンストン大学(米国)
• [Int'l Joint Research] プリンストン大学(米国)
• [Journal Article] 非コード領域による転写制御―遺伝子発現のタイミングをつくり出す新たなメカニズム (2022)
  • Author(s): 堀江良子，一寸木明日香、堀江健生
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 113 Pages: 1931-1936
• [Journal Article] Neuronal identities derived by misexpression of the POU IV sensory determinant in a protovertebrate (2022)
  • Author(s): Prakriti Paul Chacha, Ryoko Horie, Takehiro G. Kusakabe, Yasunori Sasakura, Mona Singh, Takeo Horie, and Michael Levine
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 119 Issue: 4
  • DOI: 10.1073/pnas.2118817119
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ホヤ幼生の重力を感知する神経回路の解析 (2022)
  • Author(s): 一寸木明日香、堀江良子、笹倉靖徳、堀江健生
  • Organizer: 日本動物学会 近畿支部 研究発表会
• [Presentation] 単一細胞トランスクリプトーム解析によるホヤ幼生の尾部に存在する双極型感覚神経細胞の分化機構の解析 (2022)
  • Author(s): 堀江良子、笹倉靖徳、堀江健生
  • Organizer: 日本動物学会 近畿支部 研究発表会
• [Presentation] Gravitaxis neural circuit in the ascidian larva (2022)
  • Author(s): Asuka Chokki, Ryoko Horie, Yasunori Sasakura, and Takeo Horie
  • Organizer: 11th International Tunicate Meeting
• [Presentation] ホヤ幼生の重力を感知する神経回路の構造と機能 (2021)
  • Author(s): 一寸木明日香、堀江良子、笹倉靖徳、堀江健生
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会
• [Presentation] 単一細胞トランスクリプトーム解析によるホヤ幼生の尾部に存在する双極型感覚神経細胞の分化機構の解析 (2021)
  • Author(s): 堀江良子、日下部岳広、笹倉靖徳、堀江健生
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会
• [Presentation] カタユウレイボヤにおけるNK6遺伝子の転写調節領域の解析 (2021)
  • Author(s): 長谷川達也,堀江良子,笹倉靖徳,堀江健生
  • Organizer: 日本動物学会第92回大会
• [Presentation] 単一細胞トランスクリプトーム解析によるホヤ幼生尾部の双極型感覚神経細胞の分化機構の解析 (2021)
  • Author(s): 堀江良子、日下部岳広、笹倉靖徳、堀江健生
  • Organizer: 日本動物学会第92回大会