Evaluation of Standard Consolidation Theory and Multiple Trace Theory using multi-color functional labeling and single-cell transcriptome

• Project Area: Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing
• Project/Area Number: 18H05127
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 奥野 浩行 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (80272417)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 活動依存的遺伝子発現 / 記憶 / 多領野 / 長期記憶 / 遺伝子発現 / 海馬 / 大脳皮質 / 多領野相互作用 / 記憶痕跡 / Arc / 多領域

Outline of Annual Research Achievements

学習時に活性化されて記憶痕跡となる神経細胞は海馬や前頭皮質、頭頂皮質、扁桃体など複数の大脳領野に並列的に存在するが、それらによって構成される神経ネットワークの領野間相互作用の原理や記憶の維持・更新に果たす役割は依然として不明である。本研究では、新たに活動依存的遺伝子発現系と薬剤依存的遺伝子制御系を組み合わせることにより、マウスにおいてエングラム細胞を自在に標識するシステムを構築し、１か月以上持続するような長い記憶に関与するエングラム細胞の多領域間相互作用様式、および、その遷移過程を明らかにすることを目的とする。前初期遺伝子Arcは記憶と関連する神経活動と良く相関した発現を示す。本年度は昨年までに作成したArc遺伝子のプロモーター下に薬剤依存的リコンビナーゼを配置したトラスジェニックマウスとリコンビナーゼ依存的レポーターマウスとを掛け合わせた2重トランスジェニックマウスを用いてCA1領域および前頭葉における記憶想起関連神経細胞の再活性化様式を解析した。また、解析感度や効率を上げるため、新しい薬剤依存的なレポーター発現システム構築を行った。さらに１ヶ月以上持続した長期記憶を想起した際に海馬で活性化した細胞の活動を抑制したところ記憶想起に干渉することが明らかになった。並行して、海馬のCA1領域および歯状回領域における活性化神経細胞のRNA-Seq遺伝子発現の時間的変化をベイズ推定解析法を用いて解析したところ特徴的な時間推移を示す複数の遺伝子クラスターを得た。現在、これらの結果をまとめた論文を投稿準備中である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Stanford University/University of Arizona/TGen(米国)
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
• [Journal Article] GABAergic neurons in the olfactory cortex projecting to the lateral hypothalamus in mice (2019)
  • Author(s): Murata K, Kinoshita T, Fukazawa Y, Kobayashi K, Kobayashi K, Miyamichi K, Okuno H, Bito H, Sakurai Y, Yamaguchi M, Mori K, Manabe H
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 9 Issue: 1 Pages: 7132-7132
  • DOI: 10.1038/s41598-019-43580-1
  • NAID: 120006862679
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Perturbed expression pattern of the immediate early gene Arc in the dentate gyrus of GluA1 C‐terminal palmitoylation‐deficient mice (2018)
  • Author(s): Itoh Masayuki、Okuno Hiroyuki、Yamada Daisuke、Yamashita Mariko、Abe Manabu、Natsume Rie、Kaizuka Toshie、Sakimura Kenji、Hoshino Mikio、Mishina Masayoshi、Wada Keiji、Sekiguchi Masayuki、Hayashi Takashi
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Reports Volume: 39 Issue: 1 Pages: 61-66
  • DOI: 10.1002/npr2.12044
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Long-term consolidation of ensemble neural plasticity patterns in hippocampal area CA1. (2018)
  • Author(s): Attardo A, Lu J, Kawashima T, Okuno H, Fitzgerald JE, Bito H, Schnitzer MJ.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 25 Issue: 3 Pages: 640-650
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.09.064
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Seizure-Induced Arc mRNA Expression Thresholds in Rat Hippocampus and Perirhinal Cortex (2018)
  • Author(s): Chawla Monica K.、Gray Daniel T.、Nguyen Christie、Dhaliwal Harshaan、Zempare Marc、Okuno Hiroyuki、Huentelman Matthew J.、Barnes Carol A.
  • Journal Title: Frontiers in Systems Neuroscience Volume: 12 Pages: 53-53
  • DOI: 10.3389/fnsys.2018.00053
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Arc deficiency causes impairment in memory precision and cognitive switching. (2019)
  • Author(s): Okuno H
  • Organizer: 第４２回日本神経科学学会大会
  • Invited
• [Presentation] Characterization of stress responsive neurons by single-cell RNA-seq (2019)
  • Author(s): 田沼 将人、笠井 淳司、奥野 浩行 、山浦 港生、丹生 光咲、勢力 薫、中澤 敬信、山口 瞬、橋本 均
  • Organizer: 第４２回日本神経科学学会大会
• [Presentation] Immediate-early gene mapping of neuronal activity related to intraoperative stresses under inhalation anesthesia (2019)
  • Author(s): 大江 将軍、長谷川 麻衣子、向原 桂香、中原 真由美、上村 裕一、奥野 浩行
  • Organizer: 第４２回日本神経科学学会大会
• [Presentation] Contribution of dentate gyrus granule cells to remote memory retrieval revealed by novel Arc-based labeling methods (2018)
  • Author(s): Hiroyuki Okuno
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
  • Invited
• [Presentation] Memory-related activity-regulated transcripts revealed by single cell RNASeq analysis (2018)
  • Author(s): Hiroyuki Okuno
  • Organizer: 第61回日本神経化学大会
  • Invited
• [Presentation] Specification of a remote memory cell ensemble during cortical tagging (2018)
  • Author(s): Kim R, Kondo Y, Kawashima T, Inoue M, Ishii Y, Inokuchi K, Sakai K, Nonaka M, Sakamoto H, Okuno H, Bito H.
  • Organizer: Soc for Neurosci Annual Meeting
  • Int'l Joint Research