Multi-level analyses for exploring evolutionary origin of excitatory neurons
| Project/Area Number |
21H02591
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 46020:Anatomy and histopathology of nervous system-related
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology (2023)
Kyoto Prefectural University of Medicine (2021-2022) |
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Principal Investigator |
野村 真 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 教授 (10323007)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
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| Keywords | 大脳皮質 / 哺乳類 / 羊膜類 / 興奮性神経細胞 / 神経回路 / 進化 / 神経細胞サブタイプ / 神経投射 / 空間的遺伝子発現 / 脳梁 / Satb2 |
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| Outline of Research at the Start |
大脳皮質の6層を構成する神経細胞は、特異的な遺伝子発現による神経回路網を形成することで哺乳類の高次神経機能発現に寄与している。しかしながら層特異的な神経細胞の起源は未だ大きな謎に包まれている。そこで本研究では、哺乳類との共通祖先から進化した爬虫類の背側皮質に着目し、神経軸索標識と空間的トランスクリプトーム解析によって爬虫類の皮質神経細胞サブタイプの詳細なプロファイリングを行う。さらに遺伝子の機能操作実験を行い、背側皮質神経細胞の形態と軸索投射、遺伝子発現の変化を解析する。こうした解析によって、大脳皮質の神経細胞サブタイプの起源と進化過程を明らかにすることが本研究の目標である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、哺乳類大脳皮質の興奮性神経細胞の進化起源を解明するため、哺乳類と同じ進化起源を持つ爬虫類の背側皮質に着目し、神経細胞の遺伝子発現・細胞形態・神経回路の多階層的視点にもとづいた解析を行うことを目標とした。本研究ではまず、軸索トレーサーや蛍光タンパク質の導入により、爬虫類や鳥類の網羅的な神経軸索標識を行った。その結果、爬虫類の背側皮質および鳥類の外套から伸長する多数の神経軸索の伸長様式を同定することができた。その中でも、左右の半球を繋ぐ交連線維の走行に種間多様性が見られたため、半球間連合線維を形成する興奮性神経細胞のプロファイリングを行った。その結果、特に爬虫類のpallial commissure の発生機構が哺乳類の脳梁に類似した発生学的基盤に依存することを発見した。さらに鳥類では、同様の神経軸索は半球間を交差せず、同側の大脳半球の正中部を走行することも明らかとなった。鳥類大脳におけるVisum空間的トランスクリプトーム解析を行った結果、哺乳類の脳梁形成に寄与する遺伝子群の発現が鳥類大脳にも発現していることを見出した。さらに爬虫類における大脳交連線維の発生に関わる分子機構を探るため、哺乳類の脳梁形成に必須の遺伝子であるSatb2に着目し、ゲノム編集技術によりSatb2の機能を破壊した爬虫類（ソメワケササクレヤモリ）を作製し、その表現型を解析した。その結果、Satb2ノックアウトヤモリでは半球間の組織結合に異常が生じ、pallial commissureの形成が不全になることを見出した。これらの結果より、哺乳類大脳皮質を構成する神経細胞とその軸索伸長様式は羊膜類で広く保存されており、哺乳類特異的と考えられてきた神経回路の構築基盤の起源は哺乳類の進化よりも古くに獲得されていた可能性が考えられた。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(23 results)
