新奇環境認知により活性化される単一ニューロン種のトランスクリプトーム解析

• Project Area: Unraveling micro-endophenotypes of psychiatric disorders at the molecular, cellular and circuit levels.
• Project/Area Number: 25116507
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 奥野 浩行 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 特定准教授 (80272417)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2013: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: トランスクリプトーム解析 / 単一ニューロン / 活動依存的遺伝子 / 脳・神経 / シナプス / 遺伝子 / 外的環境

Outline of Annual Research Achievements

大脳の認知機能の維持には神経活動依存的な遺伝子発現や蛋白質合成が必要であり、このような細胞遺伝子応答の異常・失調は神経発達障害や精神疾患病態に関連することが示唆されている。特に、外的環境の情報処理や社会的交互作用プロセスに関与する神経ネットワークにおける遺伝子発現応答の全体像を把握することは神経・精神病態の理解に極めて重要だと考えられが、このような遺伝子応答は経験や生活履歴などによる個体差の影響も大きく、これまでのところ統一的な理解には至っていない。本研究では新奇環境経験によって活性化された大脳・海馬における神経細胞を可視化して同定することにより、脳スライスから実験群と対照群の細胞を単一細胞レベルで採取し、細胞タイプ特異的、活性化ニューロン特異的なトランスクリプトーム解析を行うことを目的とする。本手法の確立は精神病態のマイクロエンドフェノタイプ同定への有効なアプローチ法の一つとなると考えられる。平成２６年度は計画にそって研究を進め以下の結果を得た。
１、微量RNAサンプルからの高効率逆転写反応の最適化を行い、数個の細胞群からのRNA-Seq法を効率良く行うことのできる系を確立した。
２、上記の方法を用い極少数の海馬歯状回顆粒細胞における新奇環境暴露後の網羅的遺伝子発現プロファイルを得た。複数の独立サンプルからの結果を用いて統計解析を行い有意に遺伝子発現上昇または現象する遺伝子リストを決定した。
３、単一大脳神経細胞からRNA-Seq解析を行うための新規プロトコールを開発した。

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] Neuromodulatory effect of Gαs- or Gαq-coupled GPCR on NMDAR selectively activates the NMDAR/Ca2+/calcineurin/CREB-regulated transcriptional coactivator 1 (CRTC1) pathway to effectively induce Bdnf expression in neurons. (2015)
  • Author(s): Fukuchi M, Tabuchi A, Kuwana Y, Watanabe S, Inoue M, Takasaki I, Izumi H, Tanaka A, Inoue R, Mori H, Komatsu H, Takamori H, Okuno H, Bito H, Tsuda M.
  • Journal Title: J Neurosci. Volume: 35 Issue: 14 Pages: 5606-5624
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3650-14.2015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Region-specific activation of CRTC1-CREB signaling mediates long-term fear memory (2014)
  • Author(s): Nonaka M, Kim R, Fukushima H, Sasaki K, Suzuki K, Okamura M, Ishii Y, Kawashima T, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Okuno H, Kida S, Bito H
  • Journal Title: Neuron Volume: 84 Issue: 1 Pages: 92-106
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2014.08.049
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Whole-brain mapping of behaviorally-induced neural activation in mice. (2014)
  • Author(s): Vousden DA, et al.,
  • Journal Title: Brain Struc Func Volume: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A new era for functional labeling of neurons: activity-dependent promoters have come of age (2014)
  • Author(s): Kawashima T, Okuno H, Bito H
  • Journal Title: Front. Neural Circuits Volume: 8 Pages: 37-37
  • DOI: 10.3389/fncir.2014.00037
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 核からシナプスへの分子ターゲティング機構の解明‐神経回路の長期可塑性を制御するArcタンパク質のケーススタディー (2014)
  • Author(s): 奥野浩行、尾藤晴彦
  • Journal Title: 生化学 Volume: 86 Pages: 18-27
  • NAID: 40020011052
• [Journal Article] Functional labeling of neuronal ensemble and axonal projections in vivo using a synthetic activity-dependent promoter E-SARE. (2013)
  • Author(s): Kawashima T, Kitamura K, Suzuki K, Nonaka M, Kamijo S, Takemoto-Kimura S, Kano M, Okuno H, Ohki K, Bito H.
  • Journal Title: Nature Methods Volume: 10 Issue: 9 Pages: 889-895
  • DOI: 10.1038/nmeth.2559
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 記憶の分子機構：神経細胞の情報伝達効率を調節するメカニズム (2013)
  • Author(s): 奥野浩行
  • Journal Title: Brain and Nerve Volume: 65 Pages: 1171-1178
  • NAID: 40019825605
• [Presentation] 活動依存的遺伝子Arcのシナプス調節と記憶制御機構 (2014)
  • Author(s): 奥野浩行
  • Organizer: 日本神経化学学会
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2014-09-29
  • Invited
• [Presentation] Inverse synaptic tagging of Arc and its role on memory functions (2014)
  • Author(s): 奥野浩行
  • Organizer: 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-11
  • Invited
• [Presentation] The role of Arc in inverse tagging of inactive synapses
  • Author(s): Okuno, H et al.
  • Organizer: International Society for Neurochemistry (ISN2013)
  • Place of Presentation: Cancun, Mexico
  • Invited
• [Presentation] Regulation of synaptic strength by Arc/Arg3.1-CaMKIIbeta interaction through inverse tagging process
  • Author(s): Okuno, H
  • Organizer: Korean Physiology Society (KPS 2013)
  • Place of Presentation: Seoul, South Korea
  • Invited
• [Presentation] Ca2+/カルモジュリン依存性キナーゼIIβとArcによるAMPA型グルタミン酸受容体の量的制御
  • Author(s): 奥野浩行、石井雄一郎、川島尚之、野中美応、明石馨、崎村建司、尾藤晴彦
  • Organizer: 第36回日本分子生物年会
  • Place of Presentation: 神戸国際展示場（神戸市）
  • Invited
• [Book] Inverse synaptic tagging by Arc in "Novel Mechanisms of Memory" (2015)
  • Author(s): Okuno, H., Araki, A., Minatohara, K.
  • Publisher: Springer
• [Book] Neuroplasticity in “Homeostatic control of brain function” (2015)
  • Author(s): Okuno, H
  • Publisher: Oxford University Press