動く細胞による神経回路リモデリング機構

• Project Area: Cross-talk between moving cells and microenvironment as a basis of emerging order in multicellular systems
• Project/Area Number: 25111709
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: 日比 正彦 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (40273627)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2014: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2013: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
• Keywords: 小脳 / 神経回路形成 / リモデリング / 細胞移動 / 成体ニューロン新生 / 蛍光タンパク質 / ゼブラフィッシュ / 神経発生

Outline of Annual Research Achievements

小脳は高度な神経活動に関与する中枢神経構造であり、層構造・神経回路構造は脊椎動物で保存されている。小脳の主要なグルタミン酸作動性ニューロンである顆粒細胞は、小脳原基背側（上菱脳唇）に存在する神経前駆細胞から分化する。さらに、成体においても顆粒細胞は産生され続けられる。本研究では、顆粒細胞の軸索伸長および細胞体の移動により層構造・神経回路が形成される仕組み、および成体において顆粒細胞が新生され神経回路がリモデリングされる仕組み、を理解することを目指した。
（１）顆粒細胞の軸索形成と細胞体移動の解析：顆粒細胞特異的Gal4系統を用いて、顆粒細胞の分化過程を１細胞レベルで解析した。小脳体の顆粒細胞の細胞体は、最初ランダムに運動した後停止し、軸索をランダムな方向に伸長する。しかし、軸索が他の軸索に近接すると方向を転換することから、軸索間の反発作用があることが想定された。この軸索間の反発作用が軸索を平行にするものと考えられた。小脳体の顆粒細胞は軸索伸長をしながら細胞体を腹側に移動させるが、軸索をレーザーで切断した際、細胞体移動が阻害されたことから、軸索形成と細胞体の移動は連動していると考えられた。
（２）顆粒細胞の成体ニューロン新生：顆粒細胞の前駆細胞は成体においても維持され続ける。小脳表層に存在するatoh1a,b,cを発現する前駆細胞が成体小脳でも増殖しており、これらの細胞が顆粒細胞に分化するとともに腹側の顆粒細胞層に移動し、神経回路をリモデリングしている。本研究では、顆粒細胞前駆細胞の維持に関わる細胞間シグナル分子の候補を同定した。
（３）顆粒細胞の軸索形成・細胞体移動を制御する分子の同定：顆粒細胞Gal4系統を用いて、神経回路形成中の顆粒細胞をFACSで単離しRNA-seqを行い、顆粒細胞に特異的に発現する遺伝子を収集した。神経回路形成・リモデリングに関与する候補遺伝子を選択し、変異体の作製を行った。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Establishment of Gal4 transgenic zebrafish lines for analysis of development of cerebellar neural circuitry (2015)
  • Author(s): Takeuchi, M., Matsuda, K., Yamaguchi, S., Asakawa, K., Miyasaka, N., Lal, P., Yoshihara, Y., Koga, A., Kawakami, K., Shimizu, T., and Hibi, M.
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 397 Issue: 1 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2014.09.030
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sox5 functions as a fate switch in medaka pigment cell development. (2014)
  • Author(s): Nagao Y, Suzuki T, Shimizu A, Kimura T, Seki R, Adachi T, Inoue C, Omae Y, Kamei Y, Hara I, Taniguchi Y, Naruse K, Wakamatsu Y, Kelsh RN, Hibi M, Hashimoto H
  • Journal Title: PLoS genetics Volume: 10(4) Issue: 4 Pages: e1004246-e1004246
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1004246
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The parallel growth of motoneuron axons with the dorsal aorta depends on Vegfc/Vegfr3 signaling in zebrafish (2013)
  • Author(s): Kwon HB, Fukuhara S, Asakawa K, Ando K, Kashiwada T, Kawakami K Hibi M, Kwon YG, Kim KW, Alitalo K, Mochizuki N.
  • Journal Title: Development Volume: 140 Issue: 19 Pages: 4081-4090
  • DOI: 10.1242/dev.091702
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Visualizing development and morphology of cerebellar granule cell axons in zebrafish. (2014)
  • Author(s): Yamaguchi S, Takeuchi M, Hayashi T, Asakawa K, Hara Y, Hayashi T, Kuraku S, Kawakami K, Shimizu T, Hibi M.
  • Organizer: 第20回小型魚類研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-09-20 – 2014-09-21
• [Presentation] Basement membrane structure is important for axogenesis of cerebellar granule cells. (2014)
  • Author(s): Takeuchi M, Yonemura S, Asakawa K, Kawakami K, Tadaka S, Kuraku S, Hayashi T, Yamaguchi S, Shimizu T, Hibi M.
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Control of axon guidance of cerebellar granule cells by the basement membrane. (2014)
  • Author(s): Takeuchi M, Hayashi, T, Yamaguchi S, Yonemura S, Asakawa K, Kawakami K, Takada S, Kuraku S, Shimizu T, Hibi M.
  • Organizer: 11th International Conference on Zebrafish Development and Genetics
  • Place of Presentation: Wisconsin, USA
  • Year and Date: 2014-06-24 – 2014-06-28
• [Presentation] Dissection of cerebellar neural circuitry with zebrafish Gal4 gene/enhancer trap lines. (2014)
  • Author(s): Matsuda K, Takeuchi M, Asakawa K, Ohkura M, Miyasaka N, Yoshihara Y, Hayashi T, Kuraku S, Kawakami K, Hibi M, Shimizu T.
  • Organizer: 第47回日本発生生物学会大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-05-27 – 2014-05-30
• [Presentation] Precise axogenesis of the cerebellar granule cells requires interaction between their axons and the basement membrane. 第47回日本発生生物学会大会 (2014)
  • Author(s): Takeuchi M, Yonemura S, Asakawa K, Kawakami K, Takada S, Shimizu T, Hibi M.
  • Organizer: 第47回日本発生生物学会大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-05-27 – 2014-05-30
• [Presentation] Development of cerebellar granule cell axons in zebrafish. (2013)
  • Author(s): Yamaguchi S, Takeuchi M, Asakawa K, Kawakami K, Shimizu T, and Hibi M.
  • Organizer: 第46回日本発生生物学会大会
  • Place of Presentation: 松江
• [Presentation] Basement membrane integrity is required for axogenesis of cerebellar granule cells. (2013)
  • Author(s): Takeuchi M, Yonemura S, Asakawa K, Kawakami K, Takada S, Shimizu T, Hibi M.
  • Organizer: 第46回日本発生生物学会大会
  • Place of Presentation: 松江
• [Presentation] Deciphering cerebellar neural circuitry using the zebrafish model.
  • Author(s): Hibi M, Takeuchi M, Yamaguchi S, Matsuda K, Yonemura S, Asakawa K, Kawakami K, and Shimizu T.
  • Organizer: 高等研プロジェクト会議「ゲノム工学とイメージングサイエンスに基づく生命システム研究の新展開」
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] Development of functional cerebellar neural circuitry in zebrafish.
  • Author(s): Hibi M, Takeuchi M, Yamaguchi S, Matsuda K, Yonemura S, Asakawa K, Kawakami K, and Shimizu T.
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸
• [Presentation] Development of cerebellar neural circuitry.
  • Author(s): Hibi M.
  • Organizer: Janelia Workshop on Zebrafish Genetics, Transgenesis, and Systems Biology
  • Place of Presentation: Ashburn, VA, USA
  • Invited
• [Book] "Deciphering Cerebellar Neural Circuitry Involved in Higher Order Functions" in New Principles in Developmental Processes. (2014)
  • Author(s): Hibi M, Shimizu T.
  • Total Pages: 24
  • Publisher: Springer
• [Book] New Principles in Developmental Processes, Chapter 13 Deciphering Cerebellar Neural Circuitry Involved in Higher Order Functions Using the Zebrafish Model (2014)
  • Author(s): Hibi M, Shimizu T.
  • Publisher: Springer