Mechanisms of columnar unit formation through Scrap&Build

• Project Area: Dynamic regulation of brain function by Scrap & Build system
• Project/Area Number: 17H05739
• 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: Kanazawa University
• Principal Investigator: 佐藤 純 金沢大学, 新学術創成研究機構, 教授 (30345235)
• 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: 神経科学 / 発生生物学 / カラム構造 / 視覚系 / ショウジョウバエ / 脳 / 細胞接着

Outline of Annual Research Achievements

脳の様々な領域はカラム構造と呼ばれる機能単位から成るが、その形成機構はほとんど分かっていない。ほ乳類においてカラムは数万の神経細胞から成り、その全貌を明らかにすることは困難であるが、ショウジョウバエ脳視覚中枢において見られるカラム構造は100程度の神経細胞から成る上、ハエの分子遺伝学的手法を用いて迅速に解析を進めることができる。本研究ではハエ視覚中枢を用いてカラム形成の分子機構を解明した。以下の1~2については成果を国際的な学術誌に掲載し、3~5については投稿した論文がリバイズ中となっている。
1. R7, R8, Mi1の３種類の神経細胞がカラム形成において中心的な役割を果たすことを明らかにした。2. 細胞接着分子Nカドヘリンによる細胞接着力の違いによってR7, R8, Mi1のカラム内での位置関係が制御されることを明らかにした。3. カラム形成過程において同じ神経幹細胞に由来する神経細胞どうしが反発し、異なるカラムに投射する「細胞系譜依存的反発」現象を見いだした。4. ダウン症の原因遺伝子とされるDscam1が神経幹細胞において一過的に発現し、同じ細胞系譜間の反発を誘導することで、細胞系譜依存的反発およびカラムの形態形成を制御することを明らかにした。5. ハエ視覚中枢の腹側および背側特異的に発現するWnt4およびWnt10が濃度勾配を形成し、その制御下において、受容体として働くFz1/Fz2およびPCPシグナル因子が働く事で、３次元構造であるカラムの極性が形成することを明らかにした。

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

• [Int'l Joint Research] Imperial College London(英国)
• [Journal Article] N-Cadherin Orchestrates Self-Organization of Neurons within a Columnar Unit in the Drosophila Medulla (2019)
  • Author(s): Trush Olena、Liu Chuyan、Han Xujun、Nakai Yasuhiro、Takayama Rie、Murakawa Hideki、Carrillo Jose A.、Takechi Hiroki、Hakeda-Suzuki Satoko、Suzuki Takashi、Sato Makoto
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 39 Issue: 30 Pages: 5861-5880
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3107-18.2019
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A population dynamics model of cell-cell adhesion incorporating population pressure and density saturation (2019)
  • Author(s): Jose A Carrillo, Hideki Murakawa, Makoto Sato, Hideru Togashi, Olena Trush
  • Journal Title: Journal of theoretical biology Volume: 474 Pages: 14-24
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2019.04.023
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Temporal patterning of neurogenesis and neural wiring in the fly visual system (2019)
  • Author(s): Sato, M., Yasugi, T. and Trush O.
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 138 Pages: 49-58
  • DOI: 10.1016/j.neures.2018.09.009
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Netrin Signaling Defines the Regional Border in the Drosophila Visual Center (2018)
  • Author(s): Suzuki Takumi、Liu Chuyan、Kato Satoru、Nishimura Kohei、Takechi Hiroki、Yasugi Tetsuo、Takayama Rie、Hakeda-Suzuki Satoko、Suzuki Takashi、Sato Makoto
  • Journal Title: iScience Volume: 8 Pages: 148-160
  • DOI: 10.1016/j.isci.2018.09.021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] JAK/STAT guarantees robust neural stem cell differentiation by shutting off biological noise (2018)
  • Author(s): Tanaka Yoshitaro、Yasugi Tetsuo、Nagayama Masaharu、Sato Makoto、Ei Shin-Ichiro
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 12484-12484
  • DOI: 10.1038/s41598-018-30929-1
  • NAID: 120006536943
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] nter-progenitor pool wiring: An evolutionarily conserved strategy that expands neural circuit diversity. (2017)
  • Author(s): Makoto Sato, Takumi Suzuki
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 431 Issue: 2 Pages: 101-110
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2017.09.029
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Mathematical modeling and genetic analysis of the wave of differentiation in the fly brain. (2019)
  • Author(s): Sato, M.
  • Organizer: 日本生化学会
  • Invited
• [Presentation] Mathematical modeling and genetic analysis of the wave of differentiation in the fly brain. (2018)
  • Author(s): Sato, M.
  • Organizer: Society for Mathematical Biology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 分化の波"Proneural Wave"の数理モデルと遺伝学的解析 (2018)
  • Author(s): 佐藤 純
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • Invited
• [Presentation] Reaction diffusion, lateral inhibition and noise canceling orchestrate the wave of neural differentiation in the fly brain (2017)
  • Author(s): Makoto Sato
  • Organizer: Japanese Society of Developmental Biologists
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Boundary formation by Netrin and Slit in the fly brain (2017)
  • Author(s): Makoto Sato
  • Organizer: Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Int'l Joint Research
• [Book] Notch Signaling in Embryology and Cancer (2020)
  • Author(s): Reichrath, J. and Reichrath, S.
  • Total Pages: 195
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9783030344368
• [Remarks] 細胞接着の差分によるカラム形成の制御機構
  • URL: http://fsosato.w3.kanazawa-u.ac.jp/res_column.html
• [Remarks] ショウジョウバエ脳視覚中枢の機能を生み出す発生メカニズム
  • URL: http://fsosato.w3.kanazawa-u.ac.jp/restop.html