ランダムな神経細胞の個性化メカニズムとメゾスコピック神経回路

• Project Area: Mesoscopic neurocircuitry: towards understanding of the functional and structural basis of brain information processing
• Project/Area Number: 23115513
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 八木 健 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (10241241)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2012: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2011: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: プロトカドヘリン / 神経細胞 / CTCF / 多様性 / 神経回路 / 遺伝子制御 / 複雑システム / カドヘリン / 細胞間相互作用

Outline of Annual Research Achievements

クラスター型プロトカドヘリン（cPcdh）分子群による神経細胞の個性化メカニズムと標的認識による神経回路形成メカニズムを明らかにすることを目標に、本年度は、神経細胞において個性的に発現しているcPcdh分子群の遺伝子制御機構の解析を行った。これまでにcPcdh-α、cPcdh-γ について個々の神経細胞でのランダムな個性的発現が認められている。しかし、cPcdh-βについては不明であったので、cPcdh-βメンバーについての発現解析を行った。その結果、β１以外の全てのメンバーがランダムな発現をしていることを明らかにした。また、このランダムな制御がCTCFにより制御されていることを、興奮性神経細胞のみでCTCFを欠損させたマウスを作製することにより明らかにした。CTCFはランダムに発現するcPcdh-α、-β、-γメンバーの全てのプロモーター領域に結合し、また、以前に我々が明らかにしたエンハンサー領域にも結合している。また、このCTCF欠損マウスでは感覚入力依存的に形成される皮質体性感覚野バレル構造が形成されていなかった。このマウスでの層構造や脳領域での異常が認められないことから、CTCFは感覚入力依存的な神経回路形成機構に関わることが示唆された。以前、我々はcPcdh-βメンバーのランダムな発現制御に関わるエンハンサー領域を欠損させたマウスにおいて皮質体性感覚野バレル構造の異常を観察していることから、cPcdhのランダムな発現制御と神経活動依存的な神経回路形成との関連性において興味深い結果であると考えている。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Clustered Protocadherins and Neuronal Diversity (2013)
  • Author(s): Hirayama T. and Yagi T.
  • Journal Title: Progress in Molecular Biology and Translational Science Volume: Vol. 116 Pages: 145-167
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-394311-8.00007-8
  • ISBN: 9780123943118
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular codes for neuronal individuality and cell assembly in the brajn (2012)
  • Author(s): Yagi T
  • Journal Title: Front Mol Neurosci Volume: 5 Pages: 45-45
  • DOI: 10.3389/fnmol.2012.00045
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Restoration of contralateral representation in the mouse somatosensory cortex after crossing nerve transfer (2012)
  • Author(s): Yamashita H
  • Journal Title: PLoS One Volume: 7 Issue: 4 Pages: e35676-e35676
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0035676
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Constitutively expressed Protocadherin-a regulates the coalescence and elimination of homotypic olfactory axons through its cytoplasmic region. (2012)
  • Author(s): Hasegawa S, Yagi T.
  • Journal Title: Front. Mol. Neurosci Volume: 5 Pages: 97-97
  • DOI: 10.3389/fnmol.2012.00097
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CTCF is required for neural development and stochastic expression of clustered Pcdhgenes in neurons. (2012)
  • Author(s): Hirayama T, Yagi T.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 2 Issue: 2 Pages: 345-357
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2012.06.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single-neuron diversity generated by Protocadherin-β cluster in mouse central and peripheral nervous systems (2012)
  • Author(s): Hirano K
  • Journal Title: Front. Mol. Neurosci. Volume: 5 Pages: 90-90
  • DOI: 10.3389/fnmol.2012.00090
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The transformation suppressor gene Reck is required for postaxial patterning in mouse forelimbs (2012)
  • Author(s): Yamamoto M, Matsuzaki T, Takahashi R, 他12名
  • Journal Title: Biology Open Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Restoration of contralateral representation in the mouse somatosensory cortex after crossing nerve transfer (2012)
  • Author(s): Yamashita, H., Shanlin, C., Komagata, S., 他7名
  • Journal Title: PLoS One Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular codes for neuronal individuality and cell assembly in the brain (2012)
  • Author(s): Yagi, T.
  • Journal Title: Front Mol Neurosci Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel instrumented multipeg running wheel system, Step-Wheel, for monitoring and controlling complex sequential stepping in mice (2011)
  • Author(s): Kitsukawa T
  • Journal Title: J Neurophys iol Volume: 106 Issue: 1 Pages: 479-487
  • DOI: 10.1152/jn.00139.2011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of the cluster control region for the Protocadherin-b genes located beyond the Protocadherin-g cluster (2011)
  • Author(s): Yokota S, Hirayama T, Hirano K, 他6名
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 286 Issue: 36 Pages: 31885-31895
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.245605
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Neuronal individuality by clustered protocadherins in the brain (2013)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: International Symposium on "Sensory Systems Neural Circuits" Celebrating the 22nd Anniversary of Odorant-Receptor Gene Discovery
  • Place of Presentation: 東京大学：伊藤国際学術研究センター
  • Year and Date: 2013-02-11
  • Invited
• [Presentation] Differential DNA methylation regulates stochastic expression of clustered Protocadherin genes in single neurons (2013)
  • Author(s): 豊田峻輔
  • Organizer: International Symposium on "Sensory Systems Neural Circuits" Celebrating the 22nd Anniversary of Odorant-Receptor Gene Discovery
  • Place of Presentation: 東京大学：伊藤国際学術研究センター
  • Year and Date: 2013-02-11
• [Presentation] Experimental mouse evolution model can produce variable novel phenotypes: the birth of singing mice (2013)
  • Author(s): 内村有邦
  • Organizer: 新学術領域研究「ゲノム支援」国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学：伊藤国際学術研究センター
  • Year and Date: 2013-01-09
• [Presentation] Molecular codes for neuronal individuality and cell assembly in the brain (2012)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: 遺伝研研究会「Circuit construction in the mammalian cerebral cortex: Genetic and imaging approaches」
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所
  • Year and Date: 2012-12-15
• [Presentation] CTCF is required for neural development and stochastic expression of clustered Pcdh genes in neurons (2012)
  • Author(s): 平山晃斉
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2012-12-12
• [Presentation] Molecular mechanism for neuronal individuality (2012)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: リエゾンラボ研究会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2012-11-21
  • Invited
• [Presentation] Combinatorial matching network, a hypothetical brain micro-circuit constructed by combinatorial recognition of neurons with diversified molecules (2012)
  • Author(s): 木津川尚史
  • Organizer: Society for Neuroscience, Annual Meeting 2012
  • Place of Presentation: New Orleans (USA)
  • Year and Date: 2012-10-14
• [Presentation] Stochastic expression of cell adhesion molecules in individual neurons (2012)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-09-23
  • Invited
• [Presentation] 多様な接着分子の相互認識により形成される局所的神経回路モデル (2012)
  • Author(s): 木津川尚史
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-09-21
• [Presentation] Analysis of function of Protocadherin-β (2012)
  • Author(s): 章 瑠依
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-09-21
• [Presentation] クラスター構造依存的なプロモーターDNAメチル化はプロトカドヘリン遺伝子クラスター内のアイソフォーム発現の分配を制御する (2012)
  • Author(s): 豊田峻輔
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] プロトカドヘリン α 欠損マウスにおける外側膝状体背側核の網膜由来神経終末の形態異常 (2012)
  • Author(s): 目黒玲子
  • Organizer: 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] マウス後部頭頂連合野における視覚・ヒゲ組み合わせ刺激応答のイメージング (2012)
  • Author(s): 吉武講平
  • Organizer: 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] 神経細胞の個性を生みだす分子メカニズム (2012)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: 新学術領域研究「大脳新皮質構築」「メゾ神経回路」合同ワークショップ
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2012-07-24
  • Invited
• [Presentation] 神経細胞の個性をもたらす分子メカニズムと複雑ネットワーク (2012)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: 生理学研究所研究会「シナプス可塑性の動作原理～分子から行動まで～」
  • Place of Presentation: 生理学研究所
  • Year and Date: 2012-06-14
  • Invited
• [Presentation] Neuronal diversity by clustered protocadherin genes (2012)
  • Author(s): 八木健
  • Organizer: Indo-Japan meeting National Center for Biological Sciences
  • Place of Presentation: Bangalore (India)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-09
• [Presentation] Promoter DNA methylation is dependent on gene cluster structure and regulates allocation of isoforms expression in each Protocadherin cluster (2011)
  • Author(s): 豊田峻輔, 他6名
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] Gene regulation of the cluster Protocadherin and its disruption (2011)
  • Author(s): 平山晃斉, 他11名
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] Gene regulatory changes in Protocadherin-a cluster by gene duplication (2011)
  • Author(s): 金子涼輔, 他6名
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] Loss of function analysis in mice for all protocadherin clusters (2011)
  • Author(s): 八木健, 他5名
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] Loss of function analysis in mice for all protocadherin clusters (2011)
  • Author(s): 井之上幸範, 他5名
  • Organizer: Society for Neuroscience, Annual Meeting 2011
  • Place of Presentation: ワシントンDC(アメリカ合衆国)
  • Year and Date: 2011-11-16
• [Presentation] Promoter DNA methylation before the onset of neurogenesis is dependent on cluster structure, and regulates allocation of isoforms gene expression in each Protocadherin cluster (2011)
  • Author(s): 豊田峻輔, 他6名
  • Organizer: Society for Neuroscience, Annual Meeting 2011
  • Place of Presentation: ワシントンDC(アメリカ合衆国)
  • Year and Date: 2011-11-14
• [Presentation] Promoter DNA methylation before the onset of neurogenesis is dependent on cluster structure, and regulates allocation of isoforms gene expression in each Protocadherin cluster (2011)
  • Author(s): 豊田峻輔, 他6名
  • Organizer: SiNAPSA Neuroscience Conference '11
  • Place of Presentation: リュブリャナ(スロベニア)
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] 全てのクラスター型プロトカドヘリンを欠損させたマウスの作製と解析 (2011)
  • Author(s): 八木健, 他5名
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] 多様な接着分子の組合せ発現により形成される局所的神経回路の構造と機能 (2011)
  • Author(s): 木津川尚史、八木健
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] 視床下部室傍核に存在するヒスタミンH1受容体発現ニューロンの選択的破壊を利用した摂食調節機構の研究 (2011)
  • Author(s): 堀尾修平, 他10名
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] プロトカドヘリンーaクラスターにおける重複遺伝子の差次的発現 (2011)
  • Author(s): 金子涼輔, 他6名
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 2011-09-15
• [Presentation] The protocadherin-alpha family is required for normal serotonergic projections (2011)
  • Author(s): 香取将太, 他3名
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 2011-09-14
• [Presentation] CTCFは神経細胞の個性化に関与し、シナプスの発達、体性感覚地図の形成に必須である (2011)
  • Author(s): 平山晃斉, 他2名
  • Organizer: 第5回日本エピジェネティック研究会年会
  • Place of Presentation: KKRホテル熊本(熊本)
  • Year and Date: 2011-05-19
• [Remarks] 大阪大学 生命機能研究科 心生物学研究室
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/yagi/index.htm
• [Patent(Industrial Property Rights)] 特徴抽出装置、特徴抽出方法、及び、そのプログラム (2011)
  • Inventor(s): 八木健、木津川尚史
  • Industrial Property Rights Holder: 大阪大学
  • Filing Date: 2011-07-15
  • Overseas