オリゴデンドロサイトの制御による神経科回路活動の精緻化

• Project Area: Dynamic regulation of brain function by Scrap & Build system
• Project/Area Number: 17H05747
• 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: Kobe University
• Principal Investigator: 和氣 弘明 神戸大学, 医学研究科, 教授 (90455220)
• 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: オリゴデンドロサイト / カルシウムイメージング / 神経回路 / ２光子顕微鏡 / 髄鞘 / 学習

Outline of Annual Research Achievements

オリゴデンドロサイトは髄鞘を形成する細胞で、これまで神経活動依存的に髄鞘化することが知られている。これまで私たちはオリゴデンドロサイトが神経活動依存的に髄鞘化する分子メカニズムを示し、さらに軸索との結合様式を明らかにしてきた。本研究ではこの神経活動依存的髄鞘化を担う、オリゴデンドロサイトの活動を生体で可視化するとともに、その髄鞘を構成する脂質成分を捉えるべく研究を行った。
１．生体でオリゴデンドロサイトおよびその前駆細胞を可視化するために、PLPプロモーターの下流にカルシウム感受性蛍光タンパク質がテトラサイクリン依存的に発現するマウスを用いて、これを2光子顕微鏡によって生体覚醒下で可視化した。神経細胞活動を操作するために覚醒下、麻酔下の2条件で比較した。細胞体のカルシウム上昇頻度はオリゴデンドロサイトおよびその前駆細胞すべての例において覚醒下氏比して麻酔下では有意に低下した。さらにその突起の活動も有意に低下することを明らかにした。一方でDREAAD法を用いて神経細胞活動を上昇させたところ細胞体の活動は大きく変化せず、突起活動は突起によるバリエーションを認めた。この中からカルシウム上昇が高頻度に起こる部位をホットスポットと定義し、ホットスポットにおけるカルシウム上昇頻度が有意に上昇するのを認めた。またこのホットスポットが学習などの負荷によって高頻度にターンオーバーすることがわかり、現在結果をまとめている。またこのような髄鞘は脂質で構成されていることが知られている。このような脂質変化を神経回路活動の変化と結びつけるため、マウスにレバー引き水報酬学習を行わせ、神経細胞集団の活動を可視化した後、質量分析顕微鏡で脂質成分の変化を検出し、その相関を得られることができた。

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] ザールランド大学(ドイツ)
• [Journal Article] Microglia Enhance Synapse Activity to Promote Local Network Synchronization (2018)
  • Author(s): Ryohei Akiyoshi, Hiroaki Wake, Daisuke Kato, Hiroshi Horiuchi, Riho Ono, Ako Ikegami, Koichiro Haruwaka, Toshiaki Omori, Yoshihisa Tachibana, Andrew Moorhouse, Junichi Nabekura
  • Journal Title: eNeuro Volume: 5 Issue: 5 Pages: 0088-18
  • DOI: 10.1523/eneuro.0088-18.2018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 3D stimulation and imaging-based functional optical microscopy (SIFOM) of biological cells (2018)
  • Author(s): Xiangyu Quan, Manoj Kumar, Osamu Matoba, Yasuhiro Awatsuji, Yoshio Hayasaki, Satoshi Hasegawa, and Hiroki Wake
  • Journal Title: Optics Letters Volume: 43 Issue: 21 Pages: 5447-5450
  • DOI: 10.1364/ol.43.005447
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microglia mediate non-cell-autonomous cell death of retinal ganglion cells. (2018)
  • Author(s): Takeda A, Shinozaki Y, Kashiwagi K, Ohno N, Eto K, Wake H, Nabekura J, Koizumi S.
  • Journal Title: Glia Volume: 66 Issue: 11 Pages: 2366-2384
  • DOI: 10.1002/glia.23475
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Regulation of myelin structure and conduction velocity by perinodal astrocytes (2018)
  • Author(s): Dutta Dipankar J.、Woo Dong Ho、Lee Philip R.、Pajevic Sinisa、Bukalo Olena、Huffman William C.、Wake Hiroaki、Basser Peter J.、SheikhBahaei Shahriar、Lazarevic Vanja、Smith Jeffrey C.、Fields R. Douglas
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 115 Issue: 46 Pages: 11832-11837
  • DOI: 10.1073/pnas.1811013115
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cortical astrocytes prime the induction of spine plasticity and mirror image pain. (2018)
  • Author(s): Ishikawa T, Eto K, Kim SK, Wake H, Takeda I, Horiuchi H, Moorhouse AJ, Ishibashi H, Nabekura J.
  • Journal Title: Pain Volume: 印刷中 Issue: 8 Pages: 1592-1606
  • DOI: 10.1097/j.pain.0000000000001248
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Activity-dependent functions of non-electrical glial cells (2018)
  • Author(s): Kato Daisuke、Eto Kei、Nabekura Junichi、Wake Hiroaki
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 印刷中 Issue: 6 Pages: 457-464
  • DOI: 10.1093/jb/mvy023
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reduced Mastication Impairs Memory Function (2017)
  • Author(s): Fukushima-Nakayama Y.、Ono Takehito、Hayashi M.、Inoue M.、Wake H.、Ono Takashi、Nakashima T.
  • Journal Title: Journal of Dental Research Volume: 96 Issue: 9 Pages: 1058-1066
  • DOI: 10.1177/0022034517708771
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 光で迫る脳免疫細胞の機能 (2017)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第４０回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Myelination for information processing (2017)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第９０回日本神経化学会
• [Presentation] Physiology of microglia -New Insights- (2017)
  • Author(s): Hiroaki WAKE
  • Organizer: ＸＸⅢ World Congres of Neurolog
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 髄鞘のスクラップアンドビルドによる脳情報処理の効率化 (2017)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 次世代脳冬のシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Spatial and temporal regulation of neuronal circuit activity by glial cells (2017)
  • Author(s): Hiroaki WAKE
  • Organizer: The UK-Japan Spring Neuroscience Symposium
  • Invited
• [Presentation] Activity dependent myelin regulation in information processing (2017)
  • Author(s): 和氣弘明
  • Organizer: 第123回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • Invited