| Project/Area Number |
21K18245
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 46:Neuroscience and related fields
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
岩里 琢治 国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 教授 (00311332)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福田 孝一 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 教授 (50253414)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥25,870,000 (Direct Cost: ¥19,900,000、Indirect Cost: ¥5,970,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
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| Keywords | 神経科学 / 発達期可塑性 / マウス / 二光子顕微鏡 / シナプス / 大脳皮質 / 新生仔期 |
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| Outline of Research at the Start |
ヒトを含む高等動物の脳が生後発達期において、神経活動の影響を受けながら環境に最適化した精緻な回路を作り上げるメカニズムを理解することは、神経科学の最重要課題の一つである。中でも新生児期は大脳皮質回路の大規模な再編が起きる重要な時期だが、新生仔脳の解析は技術的に難しいため、その理解は大きく遅れている。本研究課題の目的は、新生児大脳皮質の回路精緻化の「現場」を直接見て理解する、新たなアプローチを開拓することであり、マウス大脳皮質体性感覚野の視床皮質シナプスをモデルとして、二光子顕微鏡と電子顕微鏡を組み合わせて、新生仔期のシナプスの特徴およびシナプスと樹状突起ダイナミクスとの関係を解析する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
新生仔期は、感覚入力や自発神経活動の影響を強く受けながら、大脳皮質の神経回路が大規模に精緻化される重要な時期である。しかしながら、実験手法の未整備のため、大脳皮質の神経回路が精緻化される”現場“で実際に何が起きているかについてはほとんど未解明である。本研究課題は、神経活動依存的な神経回路精緻化を形態学的に定量解析できるという特長をもつマウス体性感覚野（バレル野）をモデルとしてこの課題に取り組むものである。特に、バレル野第4層神経細胞の樹状突起が、新生仔期にバレル中心に向いた強い非対称性を獲得し、特定のヒゲからの入力を伝える視床皮質軸索とのみシナプスを形成する過程に注目する。昨年度までに、生後4日齢マウスのバレル野第4層神経細胞の樹状突起形態の変化を、二光子顕微鏡を用いて1時間ごとに8時間にわたりタイムラプス観察することを達成し、得られたデータの定量解析に取り掛かった。本年度は、定量解析を様々な尺度で行うことを進めた。樹状突起をtreeとbranchに分けて解析したところ、バレル方向（内）とその逆方向（外）のいずれでも激しく新生と消失を繰り返しており、その頻度に内と外の差は検出されなかった。さらに、解析の細胞種特異性を高めるために、樹状突起のバレル内向き方向性の高い細胞だけを集めて、樹状突起ダイナミクスを比較することも行った。結果は変わらず、tree, branchのいずれも、内も外も同程度に激しく新生、消失を繰り返していた。さらに、本解析での高時間空間分解能での樹状突起ダイナミクスの観察によって、樹状突起先端の形状とダイナミクスの関連が明らかとなった。すなわち、伸長中の樹状突起先端は退縮中の先端と比較して有意に大きかった。これらの解析をさらに深めることにより、組織学的な解析から樹状突起動態を想定できる可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
二光子顕微鏡による高時間空間分解能イメージングに関しては、データを詳細に定量解析し、その結果を投稿論文として公表することができた。さらに、これらの結果により、新生仔期のバレル野において第4層神経細胞と視床皮質軸索とが形成するシナプスの解析のための基盤が整備された。研究は着実に進歩しているが、二光子顕微鏡解析が当初の想定以上に時間がかかったことにより、研究期間の延長をした。総合的に評価して「やや遅れている」とする。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの解析で明らかとなった、バレル野第4層神経細胞の樹状突起ダイナミクスと樹状突起の微細形態の関係の知見を、今後は、超微細構造の解析と組み合わせることにより、樹状突起ダイナミクスとシナプスの関係を明らかにする。
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