| Project/Area Number |
21K06378
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
竹尾 ゆかり 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任助教 (90624320)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 神経細胞 / 神経回路発達 / 樹状突起形成 / 小脳 / 樹状突起 / 発達 / 分子機構 / 神経 |
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| Outline of Research at the Start |
脳は、多様な神経細胞が高密度に整然と配置されて構成されている。近年、同じ種類の細胞に属する神経細胞が互いに相互作用し、受け取る情報の量の違いやタイミングの差によって、異なった成長をすることがわかってた。本研究は、プルキンエ細胞という、大きくて非常に美しい網目様の細胞形態（樹状突起）を形成する神経細胞に着目して、互いに隣り合って並んでいる細胞どうしが、たがいの接触や情報伝達によって、細胞形態をどのように形作るのかを明らかにする。このような、脳神経系の発達過程の解明は、今は克服が困難な疾病の、将来の予防や治療に役立てるための土台となる基礎研究における、大きな目的の一つである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経細胞の樹状突起形態の適切な構築は、脳神経回路の機能発揮において重要であると考えられる。しかし、脳内の3次元空間において多数の神経細胞の樹状突起がどのように空間を分け合い配置されるのかは、あまりよくわかっていない。小脳の主要な神経細胞であるプルキンエ細胞では、樹状突起が互いに重なり合わないように一平面上に配置されることがよく知られている。本研究によって、マウスのプルキンエ細胞でRPTPm遺伝子を欠損させると樹状突起が平面性を失い、互いに重なり合うことがわかった。またこの際、一部のプルキンエ細胞においてまばらにRPTPmを欠損させた場合よりも、周囲のすべてのプルキンエ細胞でRPTPｍを欠損させた場合のほうが、樹状突起の配置異常の程度が強く、すなわちRPTPｍは同一細胞由来の樹状突起の配置(self-avoidance)だけでなく、隣り合う別の細胞間での樹状突起配置制御(tiling)にも重要であることが示唆された。
RPTPmは細胞外領域で互いに結合し合うことが示唆されていたが、その生理機能は不明であった。申請者はRPTPmがマウス心筋細胞にも発現し、細胞と細胞の接着部位に局在することを確認した。このことからRPTPmはやはり細胞どうしの接着面に発現して機能することが示唆された。これを確かめるため、細胞外領域での結合に必要な領域を欠損させた変異型RPTPmをプルキンエ細胞に発現させたところ、やはり樹状突起の配置異常が観察された。。
これらのことから、機能未知であったRPTPmが、細胞外領域を介した相互作用を介して、プルキンエ細胞の樹状突起配置を制御することが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で分子機構を解明しようとするtilingやself-avoidanceといった現象は、樹状突起どうしが細胞外で「接着」依存的に「反発」しあうことで成り立つと予想されている。プルキンエ細胞でRPTPmの「接着」機能が樹状突起配置に必要であることは、この仮説と矛盾しない。
そこで申請者はさらに、申請時の計画に沿って、発達中の樹状突起どうしが実際に「接触」したのちに「反発」するかどうかを調べるため、in vivoおよび培養系においてプルキンエ細胞の樹状突起発達過程を観察した。しかしながら、同一細胞の樹状突起どうしが互いに接触する現象はほとんど見つけることができなかった。その代わり、樹状突起から非常に細い突起が多数出ていることが観察された。これらの微細な突起によって樹状突起同士の接触・反発が起きている可能性があるが、先端が小さいためその観察は簡単ではない。
そこで当初の予定を修正し、こういった細い突起の形態とその変化を検討するため、より高解像度での観察を行うことにした。そしてその過程においてRPTPmがいつ、どこに発現するのかを詳細に解明することにした。このような検討はtiling・self-avoidanceを担うことが知られる既知の分子においてもあまりなされておらず、その点でも本研究で行うことは大きな意義がある。
以上の理由から、当初の計画よりも形態学的解析に時間を要することとなったが、研究目的に即した科学的に重要な発見が得られているため、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの結果を踏まえ、今後は、プルキンエ細胞の発達過程をより高い解像度で観察することで、樹状突起の接触および反発、またRPTPmの発現部位を、固定標本およびライブ観察によって明らかにする。プルキンエ細胞の遺伝子導入およびライブ観察系はこれまでに分散培養系および器官培養系にて確立しており、今後、当研究室に設置されているSTED顕微鏡やSIM顕微鏡を用いた超解像度イメージングにより観察を行う。これらの結果から、RPTPmの機能解明を通して、tilingやself-avoidanceによる神経回路形成の分子機構の理解に大きく貢献することが期待される。
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