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Activity-dependent synaptic remodeling in the developing sensory thalamus.

Research Project

Project/Area Number 20K06862
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
Research InstitutionTokyo Women's Medical University

Principal Investigator

Kawamura Hisako (Nakayama Hisako)  東京女子医科大学, 医学部, 准教授 (70397181)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords体性感覚視床 / シナプス刈り込み / 神経活動依存性 / 臨界期 / 発達 / シナプス / リモデリング / 視床 / 生後発達 / 神経活動 / DREADDs / シナプスリモデリング / シナプス再編成
Outline of Research at the Start

視床神経回路をモデルにして生後の経験依存的なシナプス再編の各過程(「選別」「強化」「刈り込み」)が、入力線維、シナプス後細胞、両者間のシナプス伝達に如何に依存するかを調べる。Kir2.1、NaChBac、テタヌストキシンを発現するAAVを生直後の脳に接種して神経活度操作を行う。本研究では、ヒゲ経路特異的Cre発現マウスとCre依存的遺伝子発現AAVベクターを用いて、経路特異的に神経活動操作と蛍光標識を行う。生後21日目以降に急性脳スライスを作成し、パッチクランプでシナプス応答を測定して「強化」と「刈り込み」の評価を行うとともに、形態学的に入力線維の由来を識別して「選別」の評価を行う。

Outline of Final Research Achievements

We studied how neural activities eliminate and strengthen synapses from brainstem PrV2 to thalamic VPm neurons in the somatosensory pathway during postnatal development by using AAV expressing Kir2.1 or hM4D(Gi). Inhibition of PrV2 and VPm neuronal activities during P12-15 disturbed the elimination and strengthening of PrV2-VPm synapses, as in the case of plucking whiskers during P12-15. Inhibition of PrV2 activity during P8-11 impaired synapse elimination while inhibiting VPm activity diminished synaptic strength. Our results revealed that in addition to the whisker-experience-dependent critical period of P12-15, synapse elimination and strengthening during P8-11 differentially depend on the neural activity of PrV2 and VPm neurons.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

PrV2-VPmシナプスの強化と刈り込みは生後2-3週目に渡り生じるが、先行研究では、P12-15という限られた期間の過程がヒゲ抜去で障害されることが明らかにされているものの、その前後の発達過程を制御する機構は不明であった。我々の研究は、PrV2-VPmシナプスの強化と刈り込み過程にP8-11とP12-15という2つの段階があり、それぞれ異なる細胞の神経活動によって制御されるという全く新しい知見であり、今後の制御機構解明に大きく貢献すると考えられる。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] DNA hypomethylator phenotype reprograms glutamatergic network in receptor tyrosine kinase gene-mutated glioblastoma2024

    • Author(s)
      Harachi Mio、Masui Kenta、Shimizu Erika、Murakami Kumiko、Onizuka Hiromi、Muragaki Yoshihiro、Kawamata Takakazu、Nakayama Hisako、Miyata Mariko、Komori Takashi、Cavenee Webster K.、Mischel Paul S.、Kurata Atsushi、Shibata Noriyuki
    • Journal Title

      Acta Neuropathologica Communications

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 40-40

    • DOI

      10.1186/s40478-024-01750-x

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] CTCF loss induces giant lamellar bodies in Purkinje cell dendrites.2022

    • Author(s)
      Teruyoshi Hirayama, Yuuki Kadooka, Etsuko Tarusawa, Sei Saitoh, Hisako Nakayama, Natsumi Hoshino, Soichiro Nakama, Takahiro Fukuishi, Yudai Kawanishi, Hiroki Umeshima, Koichi Tomita, Yumiko Yoshimura, Niels Galjart, Kouichi Hashimoto, Nobuhiko Ohno, Takeshi Yagi
    • Journal Title

      Acta Neuropathol Commun.

      Volume: Nov 29;10(1):172 Issue: 1 Pages: 172-172

    • DOI

      10.1186/s40478-022-01478-6

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] An Autism-Associated Neuroligin-3 Mutation Affects Developmental Synapse Elimination in the Cerebellum2021

    • Author(s)
      Lai Esther Suk King、Nakayama Hisako、Miyazaki Taisuke、Nakazawa Takanobu、Tabuchi Katsuhiko、Hashimoto Kouichi、Watanabe Masahiko、Kano Masanobu
    • Journal Title

      Frontiers in Neural Circuits

      Volume: 15 Pages: 676891-676891

    • DOI

      10.3389/fncir.2021.676891

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spike firing attenuation of serotonin neurons in learned helplessness rats is reversed by ketamine2021

    • Author(s)
      Hashimoto Kouichi、Yamawaki Yosuke、Yamaoka Kenji、Yoshida Takayuki、Okada Kana、Tan Wanqin、Yamasaki Miwako、Matsumoto-Makidono Yoshiko、Kubo Reika、Nakayama Hisako、Kataoka Tsutomu、Kanematsu Takashi、Watanabe Masahiko、Okamoto Yasumasa、Morinobu Shigeru、Aizawa Hidenori、Yamawaki Shigeto
    • Journal Title

      Brain Communications

      Volume: 3 Issue: 4 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1093/braincomms/fcab285

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Tonic GABAergic Inhibition Is Essential for Nerve Injury-Induced Afferent Remodeling in the Somatosensory Thalamus and Ectopic Sensations2020

    • Author(s)
      Nagumo Y, Ueta Y, Nakayama H, Osaki H, Takeuchi Y, Uesaka N, Kano M, Miyata M
    • Journal Title

      Cell Rep

      Volume: 31 Issue: 12 Pages: 107797-107797

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2020.107797

    • NAID

      120007053424

    • Related Report
      2020 Research-status Report
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  • [Presentation] 思春期の社会的孤立はグルココルチコイド受容体の過剰活性化を介して視床神経回路を改編し感覚認知行動を変容させる2024

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      Nakayama Hisako, Sekino Sachie, Miyata Mariko
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      第46回 日本神経科学大会
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      NEURO2022
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      中山寿子、宮田麻理子
    • Organizer
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 発達期視床ヒゲ領域シナプス結合の選択的強化と単一支配の獲得における視床ニューロン神経活動の役割2021

    • Author(s)
      中山寿子、宮田麻理子
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会 / 第1回CJK国際会議
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  • [Book] Annual Review 神経 2024_感覚視床の発達2024

    • Author(s)
      中山寿子、宮田麻理子
    • Total Pages
      9
    • Publisher
      中外医学社
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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