高等哺乳動物を用いた脳情報動態処理の基盤構築形成機構の解明

• Project Area: Brain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing
• Project/Area Number: 20H05056
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 河崎 洋志 金沢大学, 医学系, 教授 (50303904)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 大脳皮質

Outline of Research at the Start

大脳皮質は脳機能の中枢であり、様々な脳神経疾患や発達障害の病変の首座であることから、最も重要な研究対象の一つである。ヒトの大脳皮質の表面にはシワ（脳回）が存在する。脳回の存在により大脳皮質の表面積は増加し、より多くの神経細胞を持つことが可能になることから、高等哺乳動物に見られる脳回は大脳皮質の高機能化の鍵となった重要な構造であるが、脳回の形成原理および脳情報動態における脳回の重要性の解析は著しく遅れている。そこで本研究では大脳皮質に脳回を持ち脳神経系が発達した高等哺乳動物フェレットを突破口とし、脳回における脳領域間の局所神経回路の解析および脳回形成原理の解明を行う。

Outline of Annual Research Achievements

大脳皮質は脳機能の中枢であり、様々な脳神経疾患や精神疾患の病変の首座であることから、最も重要な研究対象の一つである。ヒトの大脳皮質には発達した局所神経回路があり、その特性解析は脳情報動態を理解するうえで重要である。しかし、マウスの大脳皮質はヒトの大脳皮質に比べて発達しておらず大脳皮質の局所神経回路の詳細な解析はマウスを用いて行うことが困難であることから、我々はマウスよりも大脳皮質が発達している食肉類哺乳動物フェレットを解析してきた。我々はこれまでに、子宮内電気穿孔法を用いてフェレット大脳皮質へGFPを導入し、大脳皮質の局所神経回路を解析してきた。その結果、内側線維層(IFL)および外側線維層(OFL)と呼ばれる、ヒトやサルなどの発達した大脳皮質の形成期に存在する軸索束がフェレットにも存在することを見いだした。そこで、大脳皮質形成期に見られるIFLおよびOFLが、完成した大脳皮質においてどのような神経回路に寄与するか、より後の週齢のフェレットを用いて解析した結果、特に進化的に拡大したOFLが短連合線維であるU線維の由来であることを見いだした。U線維領域の詳細な特性の解析を進めた結果、U線維領域のなかに従来見いだされていなかった二つの亜領域が存在していること、その亜領域のなかで軸索や髄鞘の特徴が異なっていることを見いだした。U線維は大脳皮質領域間をつなぎ機能的連合に重要と考えられることから、本研究成果は脳情報動態の理解につながる。またU線維は様々な神経変性疾患や精神疾患における重要性も報告されており、本研究は臨床医学的な意義も大きい。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Univ of Notre Dame(米国)
• [Int'l Joint Research] VIB Research Center(ベルギー)
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Human Technopole(イタリア)
• [Journal Article] Investigation of the mechanisms underlying the development and evolution of the cerebral cortex using gyrencephalic ferrets (2023)
  • Author(s): Shinmyo Y. and Kawasaki H.
  • Journal Title: Neocortical Neurogenesis in Development and Evolution Volume: －
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shank3a/b isoforms regulate the susceptibility to seizures and thalamocortical development in the early postnatal period of mice (2023)
  • Author(s): Okuzono Sayaka、Fujii Fumihiko、Matsushita Yuki、Setoyama Daiki、Shinmyo Yohei、Taira Ryoji、Yonemoto Kousuke、Akamine Satoshi、Motomura Yoshitomo、Sanefuji Masafumi、Sakurai Takeshi、Kawasaki Hiroshi、Han Kihoon、Kato Takahiro A.、Torisu Hiroyuki、Kang Dongchon、Nakabeppu Yusaku、Sakai Yasunari、Ohga Shouichi
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: in press Pages: 13-19
  • DOI: 10.1016/j.neures.2023.03.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A New Technical Approach for Cross-species Examination of Neuronal Wiring and Adult Neuron-glia Functions (2023)
  • Author(s): Edwards-Faret Gabriela、de Vin Filip、Slezak Michal、Gollenbeck Lennart、Karaman Ruchan、Shinmyo Yohei、Batiuk Mykhailo Y.、Pando Carmen Menacho、Urschitz Johann、Rincon Melvin Y.、Moisyadi Stefan、Schnutgen Frank、Kawasaki Hiroshi、Schmucker Dietmar、Holt Matthew G.
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 508 Pages: 40-51
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2022.11.029
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of Tau protein as a novel marker for maturation and pathological changes of oligodendrocytes (2022)
  • Author(s): Torii Tomohiro、Miyamoto Yuki、Nakata Rinaho、Higashi Yuto、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi、Miyasaka Tomohiro、Misonou Hiroaki
  • Journal Title: Glia Volume: 71 Issue: 4 Pages: 1002-1017
  • DOI: 10.1002/glia.24322
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Isolation of ferret astrocytes reveals their morphological, transcriptional, and functional differences from mouse astrocytes (2022)
  • Author(s): Roboon Jureepon、Hattori Tsuyoshi、Nguyen Dinh Thi、Ishii Hiroshi、Takarada-Iemata Mika、Kannon Takayuki、Hosomichi Kazuyoshi、Maejima Takashi、Saito Kengo、Shinmyo Yohei、Mieda Michihiro、Tajima Atsushi、Kawasaki Hiroshi、Hori Osamu
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience Volume: 16 Pages: 1-15
  • DOI: 10.3389/fncel.2022.877131
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mechanisms underlying the development and evolution of the mammalian cerebral cortex (2022)
  • Author(s): Kawasaki H.
  • Journal Title: Siberian Medical Review Volume: 2 Issue: 2 Pages: 105-105
  • DOI: 10.20333/25000136-2022-2-105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Orchestrated neuronal migration and cortical folding: A computational and experimental study (2022)
  • Author(s): Wang Shuolun、Saito Kengo、Kawasaki Hiroshi、Holland Maria A.
  • Journal Title: PLOS Computational Biology Volume: 18 Issue: 6 Pages: e1010190-e1010190
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1010190
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Localized astrogenesis regulates gyrification of the cerebral cortex (2022)
  • Author(s): Shinmyo Yohei、Saito Kengo、Hamabe-Horiike Toshihide、Kameya Narufumi、Ando Akitaka、Kawasaki Kanji、Duong Tung Anh Dinh、Sakashita Masataka、Roboon Jureepon、Hattori Tsuyoshi、Kannon Takayuki、Hosomichi Kazuyoshi、Slezak Michal、Holt Matthew G.、Tajima Atsushi、Hori Osamu、Kawasaki Hiroshi
  • Journal Title: Science Advances Volume: 8 Issue: 10 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1126/sciadv.abi5209
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Visual cortex damage in a ferret model of ocular hypertension (2022)
  • Author(s): Fujishiro Takashi、Honjo Megumi、Kawasaki Hiroshi、Aihara Makoto
  • Journal Title: Japanese Journal of Ophthalmology Volume: 66 Issue: 2 Pages: 205-212
  • DOI: 10.1007/s10384-022-00901-8
  • NAID: 210000172739
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of the Mechanisms Underlying the Development and Evolution of the Cerebral Cortex Using Gyrencephalic Ferrets (2022)
  • Author(s): Shinmyo Yohei、Hamabe-Horiike Toshihide、Saito Kengo、Kawasaki Hiroshi
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 10 Pages: 847159-847159
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.847159
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Glial cell type-specific gene expression in the mouse cerebrum using the piggyBac system and in utero electroporation (2021)
  • Author(s): Hamabe-Horiike Toshihide、Kawasaki Kanji、Sakashita Masataka、Ishizu Chihiro、Yoshizaki Tomokazu、Harada Shin-ichi、Ogawa-Ochiai Keiko、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 4864-4864
  • DOI: 10.1038/s41598-021-84210-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphorylation of GAP-43 T172 is a molecular marker of growing axons in a wide range of mammals including primates (2021)
  • Author(s): Okada Masayasu、Kawagoe Yosuke、Sato Yuta、Nozumi Motohiro、Ishikawa Yuya、Tamada Atsushi、Yamazaki Hiroyuki、Sekino Yuko、Kanemura Yonehiro、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi、Kaneko Naoko、Sawamoto Kazunobu、Fujii Yukihiko、Igarashi Michihiro
  • Journal Title: Molecular Brain Volume: 14 Issue: 1 Pages: 66-66
  • DOI: 10.1186/s13041-021-00755-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The expression of aristaless-related homeobox in neural progenitors of gyrencephalic carnivore ferrets (2021)
  • Author(s): Maeyama Hiroki、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
  • Journal Title: Biochemistry and Biophysics Reports Volume: 26 Pages: 100970-100970
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2021.100970
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] BMP signaling alters aquaporin-4 expression in the mouse cerebral cortex (2021)
  • Author(s): Morita Kazuya、Matsumoto Naoyuki、Saito Kengo、Hamabe-Horiike Toshihide、Mizuguchi Keishi、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 10540-10540
  • DOI: 10.1038/s41598-021-89997-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Establishment of an induced pluripotent stem cell line from a female domestic ferret (Mustela putorius furo) with an X chromosome instability (2021)
  • Author(s): Yoshimatsu Sho、Murakami Rei、Nakajima Mayutaka、Sato Tsukika、Kawasaki Hiroshi、Okano Hideyuki
  • Journal Title: Stem Cell Research Volume: 53 Pages: 102385-102385
  • DOI: 10.1016/j.scr.2021.102385
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ERAD components Derlin-1 and Derlin-2 are essential for postnatal brain development and motor function (2021)
  • Author(s): Sugiyama T, Murao N, Kadowaki H, Takao K, Miyakawa T, Matsushita Y, Katagiri T, Futatsugi A, Shinmyo Y, Kawasaki H, Sakai J, Shiomi K, Nakazato M, Takeda K, Mikoshiba K, Ploegh HL, Ichijo H, Nishitoh H
  • Journal Title: iScience Volume: 24 Issue: 7 Pages: 102758-102758
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102758
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The distribution of Cdh20 mRNA demarcates somatotopic subregions and subpopulations of spiny projection neurons in the rat dorsolateral striatum (2021)
  • Author(s): Takahashi Masanori、Fukabori Ryoji、Kawasaki Hiroshi、Kobayashi Kazuto、Kawakami Kiyoshi
  • Journal Title: Journal of Comparative Neurology Volume: 529 Issue: 16 Pages: 3655-3675
  • DOI: 10.1002/cne.25215
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of the Retina in Intact Eyes of Mice and Ferrets Using a Tissue Clearing Method (2020)
  • Author(s): Ye Yunyan、Dinh Duong Tung Anh、Saito Kengo、Shinmyo Yohei、Ichikawa Yoshie、Higashide Tomomi、Kagami Kyosuke、Fujiwara Hiroshi、Sugiyama Kazuhisa、Kawasaki Hiroshi
  • Journal Title: Translational Vision Science & Technology Volume: 9 Issue: 3 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1167/tvst.9.3.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural Changes and Astrocyte Response of the Lateral Geniculate Nucleus in a Ferret Model of Ocular Hypertension (2020)
  • Author(s): Fujishiro Takashi、Honjo Megumi、Kawasaki Hiroshi、Asaoka Ryo、Yamagishi Reiko、Aihara Makoto
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 21 Issue: 4 Pages: 1339-1339
  • DOI: 10.3390/ijms21041339
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In Vivo Targeting of Neural Progenitor Cells in Ferret Neocortex by In Utero Electroporation (2020)
  • Author(s): Kalebic Nereo、Langen Barbara、Helppi Jussi、Kawasaki Hiroshi、Huttner Wieland B.
  • Journal Title: Journal of Visualized Experiments Volume: 159 Issue: 159
  • DOI: 10.3791/61171
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The origin and development of subcortical U-fibers in gyrencephalic ferrets. (2020)
  • Author(s): Yoshino M, Saito K, Kawasaki K, Horiike T, Shinmyo Y, Kawasaki H.
  • Journal Title: Mol Brain Volume: 13 Issue: 1 Pages: 37-37
  • DOI: 10.1186/s13041-020-00575-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A discrete subtype of neural progenitor crucial for cortical folding in the gyrencephalic mammalian brain (2020)
  • Author(s): Matsumoto Naoyuki、Tanaka Satoshi、Horiike Toshihide、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
  • Journal Title: eLife Volume: 9
  • DOI: 10.7554/elife.54873
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A novel third mesh-like myometrial layer connects the longitudinal and circular muscle fibers -A potential stratum to coordinate uterine contractions- (2020)
  • Author(s): Kagami Kyosuke, Ono Masanori, Iizuka Takashi, Matsumoto Takeo, Hosono Takashi, Sekizuka-Kagami Naomi, Shinmyo Yohei, Kawasaki Hiroshi, Fujiwara Hiroshi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 8274-8274
  • DOI: 10.1038/s41598-020-65299-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Mechanisms underlying the development and evolution of folds of the cerebral cortex of the brain (2023)
  • Author(s): 河崎洋志
  • Organizer: 第21回武田科学振興財団生命科学シンポジウム「ヒト発生と進化の理解に向けて」
• [Presentation] フェレットを用いた大脳の肥大化と複雑化のメカニズムの解析 (2022)
  • Author(s): 河崎洋志
  • Organizer: 第45回日本神経科学大会
  • Invited
• [Presentation] FGFシグナルのポジティブフィードバックループがアストロサ イトの増加と大脳の脳回形成を誘導する (2022)
  • Author(s): 新明洋平、齋藤健吾、浜辺-堀池俊秀、亀谷匠郁、服部剛志、観音隆幸、細道一善、Michal Slezak、Matthew G. Holt、田嶋敦、堀修、河崎洋志
  • Organizer: 第45回日本神経科学大会
• [Presentation] 高等哺乳動物を用いた脳神経系の形成、進化および疾患病態の研究 (2022)
  • Author(s): 河崎洋志
  • Organizer: 第22回日本分子脳神経外科学会
  • Invited
• [Presentation] 高等哺乳動物を用いた新規膠芽腫モデル (2022)
  • Author(s): 水口敬司、齋藤健吾、堀池俊秀、亀谷匠郁、新明洋平、池田博子、中田光俊、河崎洋志
  • Organizer: 第22回日本分子脳神経外科学会
• [Presentation] フェレットを用いた脳神経系の発生と進化の研究 (2022)
  • Author(s): 河崎洋志
  • Organizer: 第2回反分野的生物医療学会
  • Invited
• [Presentation] A positive feedback loop of FGF signaling induces astrocyte expansion and folding of the cerebral cortex in gyrencephalic animals (2022)
  • Author(s): Yohei Shinmyo, Kengo Saito, Toshihide Hamabe-Horiike, Narufumi Kameya, Tsuyoshi Hattori, Takayuki Kannon, Kazuyoshi Hosomichi, Michal Slezak, Matthew G. Holt, Atsushi Tajima, Osamu Hori, Hiroshi Kawasaki
  • Organizer: International symposium "Development and Plasticity of the Brain"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigation of the inner and outer fiber layers in the developing cerebral cortex of gyrencephalic ferrets (2021)
  • Author(s): Saito K., Yoshino M., Hamabe-Horiike T., Dinh Duong T.A., Shinmyo Y., Kawasaki H.
  • Organizer: 23rd Biennial Meeting of the International Society for Developmental Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sonic hedgehog signaling regulates folding of the cerebral cortex in gyrencephalic carnivore ferrets (2021)
  • Author(s): Matsumoto N., Saito K., Kawasaki K., Horiike T., Shinmyo Y., Kawasaki H.
  • Organizer: 23rd Biennial Meeting of the International Society for Developmental Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フェレットとマウスを用いた大脳皮質の形成と進化のメカニズム解析 (2021)
  • Author(s): 河崎洋志
  • Organizer: 第44回 日本神経科学大会
  • Invited
• [Presentation] Identification of an axonal growth marker in both rodent and primate (2021)
  • Author(s): Masayasu Okada, Yosuke Kawagoe, Naoko Kaneko, Hiroyuki Yamazaki, Hiroshi Kawasaki, Yukihiko Fujii, Michihiro Igarashi
  • Organizer: 第44回 日本神経科学大会
• [Presentation] マウス大脳皮質におけるアクアポリン4の発現は BMPシグナルによって制御されている (2021)
  • Author(s): 森田 一矢、松本 直之、斎藤 健吾、浜辺(堀池) 俊秀、水口 敬司、新明 洋平、河崎 洋志
  • Organizer: 第44回 日本神経科学大会
• [Presentation] Phosphorylation of GAP-43 T172 is a molecular marker representing the growing axons in a wide range of mammals including primates (2021)
  • Author(s): Masayasu Okada, Asami Kawasaki, Naoko Kaneko, Hiroyuki Yamazaki, Yohei Shinmyo, Hiroshi Kawasaki, Yonehiro Kanemura, Kazunobu Sawamoto, Yukihiko Fujii, Michihiro Igarashi
  • Organizer: 第64回日本神経化学会大会
• [Presentation] Investigation of molecular mechanisms underlying the expansion and gyrification of the cerebral cortex using ferrets (2021)
  • Author(s): Hiroshi Kawasaki
  • Organizer: International Society for Stem Cell Research/Tokyo 2021 Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigation of molecular mechanisms underlying the expansion and gyrification of the cerebral cortex using ferrets (2021)
  • Author(s): Hiroshi Kawasaki
  • Organizer: 50th Annual meeting for the Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞外小胞を介したシヌクレイン伝播機構の解明 (2020)
  • Author(s): 河原 裕憲、奥野 龍禎、八杉 徹雄、佐藤 純、新明 洋平、河崎 洋志、望月 秀樹、華山 力成
  • Organizer: 第43回 日本神経科学大会
• [Presentation] フェレット大脳皮質の外側放射状グリア増加と脳回形成におけるShhシグナルの役割 (2020)
  • Author(s): 松本 直之, 田中 智, 堀池 俊秀, 新明 洋平, 河崎 洋志
  • Organizer: 第43回 日本神経科学大会
• [Presentation] フェレット大脳におけるU-fiberの形成過程解析 (2020)
  • Author(s): 吉野 真優子, 齋藤 健吾, 川崎 寛二, 堀池 俊秀, 新明 洋平, 河崎 洋志
  • Organizer: 第43回 日本神経科学大会
• [Presentation] フェレットを用いた大脳皮質の形成と進化、異常病態の解析 (2020)
  • Author(s): 河崎洋志
  • Organizer: 第50回日本神経精神薬理学会年会・42回日本生物学的精神医学会年会・第4回日本精神薬学会総会・学術集会
  • Invited
• [Presentation] マウスとフェレットを用いた大脳皮質の形成と進化のメカニズム解析 (2020)
  • Author(s): 河崎洋志
  • Organizer: 第63回日本神経化学会大会
  • Invited
• [Presentation] フェレットとマウスを用いた大脳皮質の形成、進化と異常病態の解析 (2020)
  • Author(s): 河崎洋志
  • Organizer: 第61回日本神経病理学会総会学術研究会
  • Invited
• [Presentation] 子宮内エレクトロポレーション法を用いた大脳皮質グリア細胞選択的な遺伝子操作 (2020)
  • Author(s): 堀池 俊秀、川崎 寛二、坂下正考、石津 千裕、新明 洋平、原田 真市、小川 恵子、河崎 洋志
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Mechanisms underlying the formation and evolution of cortical folds (2020)
  • Author(s): Kawasaki H.
  • Organizer: 遺伝研研究会「哺乳類脳の機能的神経回路の構築メカニズム」
  • Invited
• [Remarks] 金沢大学医学系脳神経医学研究分野
  • URL: http://square.umin.ac.jp/top/kawasaki-lab/
• [Remarks] 河崎研究室ホームページ
  • URL: http://square.umin.ac.jp/top/kawasaki-lab/