epithelial regeneration ability of neural stem cells and its temporal pattern

• Project Area: Interplay of developmental clock and extracellular environment in brain formation
• Project/Area Number: 19H04791
• 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: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 松崎 文雄 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (10173824)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2020: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2019: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: 神経幹細胞 / 再生能 / 複雑脳 / シワ / 再生 / 上皮構造 / 大脳皮質

Outline of Research at the Start

本研究では、（１）マウスを用いて、我々が新たに発見した神経幹細胞の持つ上皮構造再生能とその経時変化のメカニズムを解明し、（２）複雑脳を持つフェレットをモデル系として、複雑能の幹細胞も対称分裂期には高い上皮再生能を持つこと、さらにこの再生能が神経産生期に減衰することが新しい幹細胞帯の形成に必須であるという仮説を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

複雑脳を形成するフェレットをモデルとして、神経幹細胞の時空間的な変化を追跡してきた。これまでの解析から、幹細胞帯が脳室帯と外脳室帯に別れた後も、基本的には、ニューロンを作り出す幹細胞identityの時間変化はほぼ同時に進行していることが判明した。しかし、神経層にまでニューロンが到達するのに要する時間が大きく違うため、同じ誕生日のニューロンでも、誕生した場所が脳室帯か外脳室帯(outer subventricular zone)かによって、異なる神経層に到達しているようである。この結果は、神経のidentityが誕生日だけで全て決まっているのではないという最近のいくつかの研究を支持する。一方で、フェレットは誕生後も神経発生が生後１０日ぐらいまで引き続くが、脳室帯と外脳室帯ではこの時点から大きくことなる事態が進行することも判明した。外脳室帯はそのまま神経産生を続け、グリア前駆体も生じてくるのに対して、脳室帯でsox2+細胞（神経幹細胞）の核の往復運動や神経発生はほとんど停止する。そして、細胞の整列が進行し、数層のキューブ状（とりわけ細胞核）の細胞の列が形成される。これらの細胞は脳室面に太いendfootを伸ばしている。これらの多くの細胞がFoxj1陽性であり、その後、核が脳室面に移動し、主に脳室面を敷き詰めるependimal cell（Foxj1陽性）になることが判明した。また、ヒト脳の発生過程では、神経発生の後半、脳室帯にはradial gila (神経幹細胞）の長いファイバーが途中で切れたような形態をとるCryab遺伝子発現が陽性のtruncatedradial gliaという細胞が出現することが知られているが、それと同等の細胞がフェレットにあることを発見した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Semaphorin3E-PlexinD1 signaling in coronary artery and lymphatic vessel development with clinical implications in myocardial recovery (2021)
  • Author(s): Maruyama Kazuaki、Naemura Kazuaki、Arima Yuichiro、Uchijima Yasunobu、Nagao Hiroaki、Yoshihara Kenji、Singh Manvendra K.、Uemura Akiyoshi、Matsuzaki Fumio、Yoshida Yutaka、Kurihara Yukiko、Miyagawa-Tomita Sachiko、Kurihara Hiroki
  • Journal Title: iScience Volume: 24 Issue: 4 Pages: 102305-102305
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102305
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Notch1 and Notch2 collaboratively maintain radial glial cells in mouse neurogenesis (2020)
  • Author(s): Mase Shun、Shitamukai Atsunori、Wu Quan、Morimoto Mitsuru、Gridley Thomas、Matsuzaki Fumio
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: Available online 11 December Pages: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.11.007
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Blood and lymphatic systems are segregated by the FLCN tumor suppressor (2020)
  • Author(s): Tai-Nagara I, Hasumi Y, Kusumoto D, Hasumi H, Okabe K, Ando T, Matsuzaki F, Itoh F, Saya H, Liu C, Li W, Mukouyama Y, Linehan WM, Liu X, Hirashima M, Suzuki Y, Funasaki S, Satou Y, Furuya M, Baba M, Kubota Y.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 11 Issue: 1 Pages: 6314-6314
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20156-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mechanical forces drive ordered patterning of hair cells in the mammalian inner ear (2020)
  • Author(s): Cohen Roie、Amir-Zilberstein Liat、Hersch Micha、Woland Shiran、Loza Olga、Taiber Shahar、Matsuzaki Fumio、Bergmann Sven、Avraham Karen B.、Sprinzak David
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18894-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comparative Analysis of Brain Stiffness Among Amniotes Using Glyoxal Fixation and Atomic Force Microscopy (2020)
  • Author(s): Iwashita Misato、Nomura Tadashi、Suetsugu Taeko、Matsuzaki Fumio、Kojima Satoshi、Kosodo Yoichi
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 8 Pages: 1-15
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.574619
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Amyloidogenic processing of amyloid β protein precursor (APP) is enhanced in the brains of alcadein α-deficient mice (2020)
  • Author(s): Gotoh N、Saito Yi、Hata S、Saito H、Ojima D、Murayama Ci、Shigeta M、Abe T、Konno D、Matsuzaki F、Suzuki T、Yamamoto T
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 295 Issue: 28 Pages: 9650-9662
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.012386
  • NAID: 120007116485
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enhanced homologous recombination by the modulation of targeting vector ends (2020)
  • Author(s): Hirotsune Shinji、Kiyonari Hiroshi、Jin Mingyue、Kumamoto Kanako、Yoshida Kayo、Shinohara Miki、Watanabe Hitomi、Wynshaw-Boris Anthony、Matsuzaki Fumio
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58893-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dmrt genes participate in the development of Cajal-Retzius cells derived from the cortical hem in the telencephalon. (2020)
  • Author(s): Kikkawa, T., Sakayori, N., Yuuki, H., Katsuyama, Y., Matsuzaki, F., Konno, D., Abe, T., Kiyonari, H., Osumi, N.
  • Journal Title: Developmental Dynamics Volume: - Issue: 6 Pages: 698-710
  • DOI: 10.1002/dvdy.156
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Endfoot regeneration restricts radial glial state and prevents translocation into the outer subventricular zone in early mammalian brain development (2019)
  • Author(s): Fujita Ikumi、Shitamukai Atsunori、Kusumoto Fumiya、Mase Shun、Suetsugu Taeko、Omori Ayaka、Kato Kagayaki、Abe Takaya、Shioi Go、Konno Daijiro、Matsuzaki Fumio
  • Journal Title: Nature Cell Biology Volume: 22 Issue: 1 Pages: 26-37
  • DOI: 10.1038/s41556-019-0436-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lzts1 controls both neuronal delamination and outer radial glial-like cell generation during mammalian cerebral development (2019)
  • Author(s): Kawaue T.、Shitamukai A.、Nagasaka A.、Tsunekawa Y.、Shinoda T.、Saito K.、Terada R.、Bilgic M.、Miyata T.、Matsuzaki F.、Kawaguchi A.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Issue: 1 Pages: 2780-2780
  • DOI: 10.1038/s41467-019-10730-y
  • NAID: 120006649601
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dmrt factors determine the positional information of cerebral cortical progenitors via differential suppression of homeobox genes. (2019)
  • Author(s): Konno D, Kishida C, Maehara K, Ohkawa Y, Kiyonari H, Okada S, Matsuzaki F
  • Journal Title: Development Volume: 146 Issue: 15 Pages: 174243-174243
  • DOI: 10.1242/dev.174243
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Structural plasticity of neural stem cells in mammalian brain development. (2019)
  • Author(s): Fumio Matsuzaki
  • Organizer: Baikal Neuroscience Meeting 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Structural plasticity of neural stem cells in mammalian brain development. (2019)
  • Author(s): Fumio Matsuzaki
  • Organizer: The 10th IBRO World Congress of Neuroscience IBRO 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] How has the brain expanded and acquired complexity in the mammalian (2019)
  • Author(s): Fumio Matsuzaki, Yuji Tsunekawa, Taeko Suetsugu, Ikumi Fujita, Quan Wu, Atsunori Shitamukai, Ayaka Omori, Osamu Nishimura, Shigehiro Kuraku
  • Organizer: 第42回分子生物学会
• [Presentation] 非分裂細胞に対するノックイン技術HITIとその展望 (2019)
  • Author(s): 恒川雄二
  • Organizer: ウイルスベクター開発研究センターキックオフシンポジウム
  • Invited