スクラップ＆ビルドによる発達期の神経回路形成とその破綻

• Project Area: Dynamic regulation of brain function by Scrap & Build system
• Project/Area Number: 17H05735
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 林 朗子 (高木朗子) 群馬大学, 生体調節研究所, 教授 (60415271)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000); Fiscal Year 2018: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2017: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
• Keywords: DISC1 / シナプス / AMAP/NMDA比 / 巨大スパイン / 統合失調症 / 2光子励起イメージング / アンケージング / カルシウムイメージング / 神経発火 / 樹状突起スパイン / ストレス応答 / 2光子励起顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

DISC1 KDマウスやカルシニューリンKOマウスなどの統合失調症モデルマウスを神経発達後期から成体期にかけてin vivo 2光子励起イメージングを行い、実際に脳内で生じているスパイン動態を可視化・定量した。DISC1 KDマウスでは神経発達期の過剰なシナプス刈り込み現象とともに巨大なスパインが出現し、成体期には精神疾患様行動異常が観察された。カルシニューリンKOマウスにおいても巨大スパインの出現は有意に高いことが検出された。スパイン体積分布とともに神経発火パターンを計測し、その目的によりGCaMP6fによるCa2+イメージング、ホールセル記録およびセル・アタッチ記録を使い分け、単一シナプスレベルでのAMPA-EPSC/NMDA-EPSC比、樹状突起イベント、活動電位などのデータを採取した。具体的には、マウス前頭野を標的として子宮内穿孔法で大脳皮質II/III層の錐体細胞に各種遺伝子を導入し、生後60日のマウスより前頭前野（PL領域）を含む冠状断急性スライスを作成し、グルタミン酸アンケージング法による単一スパイン刺激を行い、EPSCをホールセルパッチクランプ法により記録し、巨大スパインのNMDA-EPSC/AMPA-EPSC比を求めた。またCa2+イメージングとホールセル記録を併用し、巨大スパインを有する樹状突起における樹状突起イベントと活動電位の発生に関しても定量的なデータを採取した。また巨大スパインの発生が有意に多いDISC1コンデショナルノックアウトマウスの行動解析は、多くのデータを採取した。このように神経発達後期に生じるシナプスのスクラップ＆ビルドの障害が（巨大スパインのビルド）、精神疾患モデルマウスで生じている知見を得た。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Synaptic functions and their disruption in schizophrenia: From clinical evidence to synaptic optogenetics in an animal model (2019)
  • Author(s): Kisho Obi-Nagata, Yusuke Tenma, Akiko Hayashi-Takagi
  • Journal Title: Proceedings of the Japan Academy, Ser. B Volume: 未定
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 増大特集 記憶と忘却に関わる脳のしくみ-分子機構から健忘の症候まで 学習･記憶の細胞基盤-シナプス･アンサンブルを可視化･操作する技術の創出 (2018)
  • Author(s): 佐藤 壮泰、宮本 成美、千葉 久実、小尾 紀翔、林(高木) 朗子
  • Journal Title: BRAIN and NERVE Volume: 70 Issue: 7 Pages: 713-721
  • DOI: 10.11477/mf.1416201072
  • ISSN: 1344-8129, 1881-6096
  • Year and Date: 2018-07-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical Landscape for Tissue Clearing Based on Hydrophilic Reagents. (2018)
  • Author(s): Tainaka K, Murakami TC, Susaki EA, Shimizu C, Saito R, Takahashi K, Hayashi-Takagi A, Sekiya H, Arima Y, Nojima S, Ikemura M, Ushiku T, Shimizu Y, Murakami M, Tanaka KF, Iino M, Kasai H, Sasaoka T, Kobayashi K, Miyazono K, Morii E, Isa T, Fukayama M, Kakita A, Ueda HR.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 24 Issue: 8 Pages: 2196-2210
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.07.056
  • NAID: 120006542018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Calcineurin knockout mice show a selective loss of small spines (2018)
  • Author(s): Okazaki H, Hayashi-Takagi A, Nagaoka A, Negishi M, Ucar H, Yagishita S, Ishii K, Toyoizumi T, Kasai H
  • Journal Title: Neuroscience Letters Volume: 671 Pages: 99-102
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2018.02.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Increased EphA4-ephexin1 signaling in the medial prefrontal cortex plays a role in depression-like phenotype. (2017)
  • Author(s): Zhang JC, Yao W, Qu Y, Nakamura M, Dong C, Yang C, Ren Q, Ma M, Han M, Shirayama Y, Hayashi-Takagi A, Hashimoto K
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 7 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-017-07325-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 光によるマウスを用いた精神神経疾患の病態解析 (2017)
  • Author(s): 小尾紀翔、林（高木）朗子
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 68 Pages: 486-487
• [Journal Article] 学習・記憶の細胞基盤：シナプス・アンサンブル (2017)
  • Author(s): 小尾紀翔、白井福寿、林（高木）朗子
  • Journal Title: 生化学 Volume: 89 Pages: 546-550
• [Presentation] Systemic response as a causal/exacerbating factor for psychiatric disorders (2018)
  • Author(s): Hayashi-Takagi A
  • Organizer: 日本生理学会（日本、高松）
  • Invited
• [Presentation] Development of innovative wide-view mapping of synaptic ensemble in the psychiatric model (2018)
  • Author(s): Hayashi-Takagi A
  • Organizer: 日本生理学会（日本、高松）
  • Invited
• [Presentation] 精神疾患の神経回路異常の解明にむけた革新的な機能的コネクトミクス法の開発 (2018)
  • Author(s): 林（高木）朗子
  • Organizer: 第1回三融会・武田神経科学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 精神疾患の神経回路異常の解明にむけた機能的コネクトミクス法の開発 (2018)
  • Author(s): 林（高木）朗子
  • Organizer: 九州大学・大学院セミナー
  • Invited
• [Presentation] （女性）研究者として (2018)
  • Author(s): 林（高木）朗子
  • Organizer: 前橋女子高校、スーパーサイエンススクール出前授業
  • Invited
• [Presentation] 青い光で記憶を消す～心の仕組みとその基盤～ (2017)
  • Author(s): 林（高木）朗子
  • Organizer: 第49回藤田学園医学会シンポジウ
  • Invited