Fate determination of new neurons in the post-stroke brain

• Project/Area Number: 23K27270
• Project/Area Number (Other): 23H02579 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: 金子 奈穂子 同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (20464571)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000); Fiscal Year 2026: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2025: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2024: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: ニューロン再生 / 脳室下帯 / 細胞移動 / 脳梗塞 / アストロサイト / 新生ニューロン

Outline of Research at the Start

脳室下帯と呼ばれる特殊な領域では、例外的に生後もニューロンが産生され、脳梗塞巣へ移動して組織再生に関わる。我々は新生ニューロンの定着位置が機能再生効率に重要であることを示したが、定着後の分化や神経回路形成過程には不明な点が多い。本研究ではこのメカニズムを解析し、内在する新生ニューロンが構築する再生システムの可能性と限界を明らかにする。更にこの機構を操作して再生を促進する方法を提示する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、新生ニューロンが成熟脳内での高い移動能力を活かして、遠隔地で新たなニューロンの補充・既存のニューロンのサポートにより神経回路の再生を促進するとともに、持続的に新生ニューロンを傷害部に供給するシステムを自ら構築する、新生ニューロンを基軸としたニューロン再生機構を明らかにすることを目指す。今年度は、脳梗塞後の脳内で移動・成熟する脳室下帯由来の新生ニューロン系譜細胞について、長期的な分化・成熟過程と、脳梗塞後の脳内で生じる短期的な遺伝子発現プロファイルの変化について、以下の解析を行なった。
1) 異なった分化段階の細胞が特異的に蛍光タンパク質で標識される遺伝子改変マウスを用いて、中大脳動脈を一過性に閉塞して脳梗塞モデルを作製し、脳梗塞後の脳内における標識細胞の短期・長期的な分布、種類を組織学的に解析した。また、脳梗塞モデルマウスにおいて、２ヶ月以降の脳組織を用いて各種細胞マーカーの免疫染色を行い、標識細胞の形態、分布、分化等を組織学的に解析した。これらの実験を繰り返し、個体データを蓄積して、定着領域別、細胞ソース別に定量的に解析し、比較を行なった。
2) 異なった分化段階の細胞が特異的に蛍光タンパク質で標識される遺伝子改変マウスの脳室下帯細胞を分散し、セルソーターで分取したのち、mRNAを抽出し、次世代シーケンサーを用いて単一細胞レベルの網羅的遺伝子発現解析を行なった。脳梗塞モデルマウスの脳内で生じる遺伝子発現変化についても、同様の方法でデータを取得し、バイオインフォマティクス解析を行なった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

Single cell RNA sequenceのデータ解析を進めて、本研究の仮説をサポートする結果が得られた。現在さらに詳細な解析を行なっている。
組織学的解析では、実験個体数を増やして長期経過後の脳室下帯由来細胞の分化を定量的に解析し、統計学的に有意な解析結果を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

Single cell RNA sequenceデータを詳細に調べ、傷害脳内での細胞の運命決定に影響を与える候補因子を探索する。また、候補因子の作用を評価するために、脳室下帯細胞を用いたスクリーニング系を構築する。
傷害脳内での細胞の形態学的・電気生理学的特徴を経時的に解析する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] バレンシア大学(スペイン)
• [Journal Article] Identification of the growth cone as a probe and driver of neuronal migration in the injured brain (2024)
  • Author(s): Nakajima C、Sawada M、Umeda E、Takagi Y、Nakashima N、Kuboyama K、Kaneko N、Yamamoto S、Nakamura H、Shimada N、Nakamura K、Matsuno K、Uesugi S、Veprek NA、Kuellmer F、Nasufovic V、Uchiyama H、Nakada M、Otsuka Y、Ito Y、Herranz-Perez V、Garcia-Verdugo JM、Ohno N、Arndt H-D、Trauner D、Tabata Y、Igarashi M、Sawamoto K
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 15 Issue: 1 Pages: 1877-1877
  • DOI: 10.1038/s41467-024-45825-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 末梢神経軸索再生過程におけるシュワン細胞との相互作用 (2024)
  • Author(s): 山科孝太、宮本拓哉、齊藤志郎、岩田英敏、齋藤瑳智子、澤本和延、金子奈穂子
  • Organizer: 第17回神経発生討論会・第20回成体脳のニューロン新生懇談会合同大会
• [Presentation] 傷害部へ移動する新生ニューロンの足場形成における血管-アストロサイト相互作用 (2024)
  • Author(s): 石丸大誠，岩田英敏，松本真実，大竹杏佳，Vicente Herranz-Perez，Jose Manuel Garcia Verdugo，澤本和延，金子奈穂子
  • Organizer: 第17回神経発生討論会・第20回成体脳のニューロン新生懇談会合同大会
• [Presentation] 新生ニューロン集団移動の不均一性の解析 (2024)
  • Author(s): 蘇武佑里子、金子奈穂子
  • Organizer: 第17回神経発生討論会・第20回成体脳のニューロン新生懇談会合同大会
• [Presentation] Oligodendrocyte precursor migration to injured brain is assisted by neuroblasts. (2024)
  • Author(s): Edward William Ko Uy、Mayaka Hashimoto、Takuya Miyamoto、Hirohide Takebayashi、Kazunobu Sawamoto、Naoko Kaneko
  • Organizer: 第17回神経発生討論会・第20回成体脳のニューロン新生懇談会合同大会
• [Presentation] 脳室下帯の細胞構築形成におけるERM蛋白質Ezrinの役割 (2024)
  • Author(s): 西島邑咲紀、中島徳彦、石崎友崇、田村淳、樋口慧、月田早智子、澤本和延、金子奈穂子
  • Organizer: 第17回神経発生討論会・第20回成体脳のニューロン新生懇談会合同大会
• [Presentation] 内在性神経幹細胞を生かした脳の再生促進. (2024)
  • Author(s): 金子奈穂子
  • Organizer: 第２３回 日本再生医療学会総会
  • Invited
• [Presentation] 大好きなことを仕事に！ (2024)
  • Author(s): 金子奈穂子
  • Organizer: 第２３回 日本再生医療学会総会
  • Invited
• [Presentation] 成体脳内で生まれるニューロンの移動制御と傷害脳の再生 (2023)
  • Author(s): 金子奈穂子
  • Organizer: 第五回 三融会・武田神経科学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Migration and maturation of new neurons in the post-stroke brain. (2023)
  • Author(s): Naoko Kaneko
  • Organizer: The 64th Annual Meeting of Japanese Society for Neurochemistry
• [Presentation] 脳の働きを知り、再生を科学する (2023)
  • Author(s): 金子奈穂子
  • Organizer: 中央区民カレッジ
  • Invited
• [Presentation] 脳の再生能力 (2023)
  • Author(s): 金子奈穂子
  • Organizer: 脳科学夏の学校2023
• [Presentation] 内在性の神経再生機構の限界と可能性の探究 (2023)
  • Author(s): 金子奈穂子
  • Organizer: 先端モデル動物支援プラットフォーム2023年度 若手技術支援講習会
  • Invited
• [Presentation] 脳梗塞後のニューロン再生過程における遅延制御 (2023)
  • Author(s): 金子奈穂子
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Swarm behaviors of newborn neurons for efficient migration (2023)
  • Author(s): Naoko Kaneko
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 傷害脳における新生ニューロン-アストロサイト相互作用とその制御 (2023)
  • Author(s): 金子奈穂子
  • Organizer: 生理研研究会「多次元脳形態研究会」
  • Invited
• [Remarks] 同志社大学脳科学研究科HP, 神経再生機構部門
  • URL: https://brainscience.doshisha.ac.jp/introduction/pat/nr.html
• [Remarks] 金子研究室HP
  • URL: https://kanekolab.org/