Molecular mechanisms for the resonant property of neurons

• Project Area: Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature
• Project/Area Number: 16H01615
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 橋本 浩一 広島大学, 医歯薬保健学研究科(医), 教授 (00303272)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 下オリーブ核 / resonance特性 / オシレーション / resonance / ニューロン / 膜電位 / 電気生理

Outline of Annual Research Achievements

延髄下オリーブ核ニューロンは、サイン波状の周期的閾値下膜電位振動（subthreshold membrane potential oscillation: STO）を示すことが知られている。昨年度までの解析から、STOの発現にはhyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated K+ channel 1（HCN1）が必須であることを明らかにした。また、 resonance特性に関与する可能性がある他のイオンチャネルとして、Kv11型電位依存性K+チャネルも同時に同定した。本年度はKv11のresonance特性における機能的意義を明らかにするための解析を中心に実施した。Kv11の脳内での分布を解析するため、特異的抗体の作成に着手した。また、下オリーブ核に発現が見られるサブタイプとしてKv11.3（Kcnh7）に着目し、ノックアウトマウスの作成を開始した。現在、マウスの作成はほぼ完了している。また、同じくresonance特性に関係すると考えられているHCN1チャネルとKv11.3とのイオンチャネルレベルでの機能的な相互作用の機序を明らかにするため、HEK293にHCN1とKcnh7を共発現させる実験系を立ち上げた。立ち上げはほぼ終了し、HCN1もしくはKcnh7単独、もしくは両者を同時に発現させるなど発現パターンを変えた解析を開始している。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Glutamate transporter GLAST controls synaptic wrapping by Bergmann glia and ensures proper wiring of Purkinje cells. (2017)
  • Author(s): Miyazaki T, Yamasaki M, Hashimoto K, Kohda K, Yuzaki M, Shimamoto K, Tanaka K, Kano M, Watanabe M.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A. Volume: 114(28) Issue: 28 Pages: 7438-7443
  • DOI: 10.1073/pnas.1617330114
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Serotonin rebalances cortical tuning and behavior linked to autism symptoms in 15q11-13 CNV mice. (2017)
  • Author(s): Nakai N, Nagano M, Saitow F, Watanabe Y, Kawamura Y, Kawamoto A, Tamada K, Mizuma H, Onoe H, Watanabe Y, Monai H, Hirase H, Nakatani J, Inagaki H, Kawada T, Miyazaki T, Watanabe M, Sato Y, Okabe S, Kitamura K, Kano M, Hashimoto K, Suzuki H, Takumi T.
  • Journal Title: Sci Adv. Volume: 3(6) Issue: 6
  • DOI: 10.1126/sciadv.1603001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ionic Basis for Membrane Potential Resonance in Neurons of the Inferior Olive. (2016)
  • Author(s): Matsumoto-Makidono, Y., Nakayama, H., Yamasaki, M., Miyazaki, T., Kobayashi, K., Watanabe, M., Kano, M., Sakimura, K., Hashimoto, K.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 16 Issue: 4 Pages: 994-1004
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.06.053
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] CAPS1 RNA Editing Promotes Dense Core Vesicle Exocytosis. (2016)
  • Author(s): Miyake K, Ohta T, Nakayama H, Doe N, Terao Y, Oiki E, Nagatomo I, Yamashita Y, Abe T, Nishikura K, Kumanogoh A, Hashimoto K, Kawahara Y.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 17 Issue: 8 Pages: 2004-2014
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.10.073
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Metabotropic Glutamate Receptor Subtype 1 Mediates Experience-Dependent Maintenance of Mature Synaptic Connectivity in the Visual Thalamus (2016)
  • Author(s): Madoka Narushima, Motokazu Uchigashima, Yuki Yagasaki, Takeshi Harada, Yasuyuki Nagumo, Naofumi Uesaka, Kouichi Hashimoto, Atsu Aiba, Masahiko Watanabe, Mariko Miyata and Masanobu Kano
  • Journal Title: Neuron Volume: 91 Issue: 5 Pages: 1097-1109
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2016.07.035
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Anatomical pathway for perioral sensory signals to the inferior olive in the mouse. (2018)
  • Author(s): Kubo, R., Hashimoto, K.
  • Organizer: 第95回 日本生理学会大会
• [Presentation] 神経細胞のResonance特性に関わるイオンチャネルの解析 (2017)
  • Author(s): 橋本浩一、槇殿佳子、中山寿子、山崎美和子、宮崎太輔、小林和人、渡辺雅彦、狩野方伸、崎村建司
  • Organizer: 第94回 日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 浜松市
  • Year and Date: 2017-03-28
• [Presentation] マウスヒゲ領域から下オリーブ核に至る感覚経路の解析. (2017)
  • Author(s): 久保怜香、橋本浩一
  • Organizer: 生理学研究所研究会「シナプス・神経回路機能の時空間制御」
• [Presentation] Microglia Dependent Development of Neuronal Circuits in the Cerebellum. (2017)
  • Author(s): Nakayama, H., Abe, M., Morimoto, M., Sakimura, K., Hashimoto, K.
  • Organizer: 第40回 日本神経科学学会大会
• [Presentation] Activation of mTORC1 signaling in cerebellar Purkinje cells causes cell death and hypertrophy of Purkinje cells. (2017)
  • Author(s): Sakai, Y., Kassai, H., Nakayama, H., Nakao, K., Maeda, T., Hashimoto, K., Kano, M., Aiba, A.
  • Organizer: 第40回 日本神経科学学会大会
• [Presentation] Genetic manipulation of mTORC1 signaling in mouse cerebellar Purkinje cell. (2016)
  • Author(s): Kassai, H., Sakai, Y., Nakayama, H., Maeda, T., Hashimoto, K., Kano, M., Aiba, A.
  • Organizer: Neuroscience 2016 annual meeting Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2016-11-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞膜resonance特性に関わるイオンチャネル (2016)
  • Author(s): 橋本浩一、槇殿佳子、中山寿子
  • Organizer: 第68回 日本生理学会 中国四国地方会
  • Place of Presentation: 岡山市
  • Year and Date: 2016-11-05
• [Presentation] Ion channels responsible for the resonant property of neurons in the inferior olive. (2016)
  • Author(s): 橋本浩一、中山寿子、松本佳子
  • Organizer: 第59回 日本神経化学会大会
  • Place of Presentation: 福岡市
  • Year and Date: 2016-09-08
• [Presentation] A mutation in CACNA1G causes autosomal dominant spinocerebellar ataxia. (2016)
  • Author(s): Morino, H., Matsuda, Y., Muguruma, K., Miyamoto, R., Ohsawa, R., Ohtake, T., Otobe, R., Watanabe, M., Maruyama, H., Hashimoto, K., Kawakami, H.
  • Organizer: 第39回 日本神経科学学会大会
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Remarks]
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/physiol2/
• [Remarks] 広島大学 医歯薬保健学研究科 神経生理学
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/physiol2/