Mapping spine plasticity in deep cortical layers

• Project/Area Number: 23K14285
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 澤田 健 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (40908563)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: シナプス / スパイン

Outline of Research at the Start

シナプスの構造的基盤である樹状突起スパインの形態変化は、学習・記憶の基盤となると
考えられてきた。しかし、光学的な限界から、表層150μmを除く殆どの脳領域では、生体
におけるスパイン形態変化の実態は未解明である。本研究は、直近で増大したスパインを特異的に標識するあたらしいプローブを活用することにより、大脳皮質全層にわたるスパイン
増大の分布をマッピングする手法を構築する。さらに、増大スパイン分布の発達に伴う変容
を解析し、その制御機構を探索する。

Outline of Annual Research Achievements

単離培養におけるスパイン標識プローブの改良により、従来プローブと比して30倍程度のS/N比改善と、低発現毒性を達成した。また、単離培養において開発を進めてきた化学的スパイン操作ツールをin vivoに展開し特徴づけを行うとともに、前頭葉シナプス変化によるノンレム睡眠の因果的制御機構を見出した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

化学的スパイン操作法の応用により、偶然的な発見から、前頭葉シナプスによるノンレム睡眠制御機構にかかわる共同研究を開始し、論文改訂中である。

Strategy for Future Research Activity

スパイン標識プローブのin vivoへの応用を進め、大脳皮質深層のスパイン動態をマッピングすることを目指す。

Research Products

• [Presentation] Effects of synaptic changes on sleep regulation (2023)
  • Author(s): Takeshi Sawada
  • Organizer: The 11th IBRO World Congress of Neuroscience
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Synaptic plasticity in the prefrontal cortex causally regulates slow wave sleep in mice. (2023)
  • Author(s): Y. IINO, K. YOSHIDA, T. SAWADA, C. SHIMIZU, M. JUICHI, M. YANAGISAWA, T. SAKURAI, H. KASAI, S. SHI
  • Organizer: Society for Neuroscience, Neuroscience 2023.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A chemogenetic tool for inducing synaptic potentiation (2023)
  • Author(s): T. SAWADA, H. OKAZAK, T. ARIMA, Y. IINO, S. ZHOU, C. SHIMIZU, S. YAGISHITA, S. SHI, H. KASAI
  • Organizer: Society for Neuroscience, Neuroscience 2023.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Microglia-mediated gating of activity-dependent spine enlargement in the medial prefrontal cortex (2023)
  • Author(s): M. TAJIRI, H. OMI, T. SAWADA, S. YAGISHITA
  • Organizer: Society for Neuroscience, Neuroscience 2023.
  • Int'l Joint Research
• [Patent(Industrial Property Rights)] スパイン増強用タンパク質の発現コンストラクト、形質転換細胞、トラン スジェニック非ヒト動物、精神障害、認知機能障害、睡眠障害、若しくは記憶障害の治療 または予防用薬剤、及びスパイン増強方法 (2023)
  • Inventor(s): 澤田健、河西春郎、有馬知輝、栁下祥、岡崎斉
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2023