Elucidation of the basic principles governing the formation of columnar structures in the brain
| Project/Area Number |
23K21312
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| Project/Area Number (Other) |
21H02484 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44020:Developmental biology-related
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
佐藤 純 金沢大学, 新学術創成研究機構, 教授 (30345235)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
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| Keywords | カラム構造 / ショウジョウバエ / 視覚系 / カラム / 視覚中枢 / 数理モデル / Dscam1 / Wnt / Ncadherin / Ephrin / 神経発生 |
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| Outline of Research at the Start |
哺乳類の大脳皮質では多数の神経細胞が円柱状に集合し、カラム構造と呼ばれる脳の機能単位を形成する。さらに、多数のカラムが規則正しく配置されることで脳の機能が実現する。従って、神経細胞の集積化によるカラム形成、個々のカラムの形態制御、カラムの正確な配置は脳の発生メカニズムを考える上で非常に重要である。ショウジョウバエの脳の視覚中枢においては100程度の神経細胞によって1つのカラムが構成されるため、哺乳類のカラムより遙かに単純である。本研究ではハエの脳をモデルとしてカラム形成の基本原理を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
哺乳類の大脳皮質では多数の神経細胞が円柱状に集合し、カラム構造と呼ばれる脳の機能単位を形成する。さらに、多数のカラムが規則正しく配置されることで脳の機能が実現する。従って、神経細胞の集積化によるカラム形成、個々のカラムの形態制御、カラムの正確な配置は脳の発生メカニズムを考える上で非常に重要であるが、その発生機構はほとんど分かっていない。ショウジョウバエの脳の視覚中枢においては100程度の神経細胞によって1つのカラムが構成されるため、哺乳類のカラムより遙かに単純である。これまでに以下の点を明らかにした。
1. Wntリガンドが広範囲に渡って神経細胞の方向性を決定するメカニズム: Wntリガンドの受容体およびその下流で働くFz1, Fz2, Vangの単一細胞内局在を調べるため、GFPノックイン系統を作成した。
2. Ephrin/Ephシグナルによるカラムを構成する神経細胞間の反発制御: EphがEphrinのリガンドとして働くreverseシグナルによってカラム形成が制御される機構を解明するため、Ephrinの細胞内ドメインに対する抗体を作成したところ、リン酸化型および非リン酸化型Ephrinをそれぞれ特異的に認識する抗体が得られた。この抗体を用いた組織染色によって、Ephrinはカラムの中央においてリン酸化され、辺縁部においてはリン酸化されていないことが示唆された。
3. カラムの規則正しい配置を制御するメカニズム : カラムは通常6角形に配置されたタイルパターンを示すが、一部の神経細胞において細胞接着分子Ncadherinの機能を阻害すると4角形配置に変化する。カラム間の誘引・反発相互作用によってカラムの配置パターンをシミュレーションする数理モデルを構築し、神経細胞間の接着力に応じてカラムの配置が６角形から４角形に変化する現象を再現した。
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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
Dscam1およびWntについての研究は当初の予定に比べると進展が遅れているが、Eph/Ephrinやカラム配置のプロジェクトについては当初の予定よりも研究が順調に進んでいるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
Eph/Ephrinによるカラム形成制御機構およびNcadherinによるカラム配置制御機構については研究成果を取りまとめ、論文を投稿する。Wnt/PCPについてはノックイン系統の作成を継続する
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
