記憶ダイナミズムをもらたす局所回路形成メカニズムの解析

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 26115516
• 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): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2015: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2014: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: プロトカドヘリン / ニューロン個性 / セルアンサンブル / 記憶 / 局所回路 / スモールワールド / ニューラルネットワーク / 神経細胞 / セルアセンブリ / 複雑ネットワーク / 神経回路 / マウス / 個性 / 多様性

Outline of Annual Research Achievements

我々はこれまでに、個々の神経細胞で異なる組み合わせで発現する接着分子群であるクラスター型プロトカドヘリン（cPcdh）を同定し、この分子群が記憶に関わることを明らかにしてきた。本研究では、個々の神経細胞でランダムに発現するcPcdh遺伝子群が形成する局所回路の性質を明らかにすることにより、cPcdh分子群の局所回路形成メカニズムと記憶ダイナミズムとの関連性を明らかにする。本年度は、個々のニューロンでランダムな組み合わせ発現する細胞接着分子群であるcPcdhを用いたネットワークモデル（Gene Matched Network）の解析を行った。その結果、特異的回路形成遺伝子がニューロンでランダムな組み合わせ発現することにより形成されるネットワークは、高いクラスター性と全てのニューロン間距離が短いスモールワールド性をもった複雑ネットワークとなることを明らかにした。また、この様式で構成された層状ネットワークの解析により、各層間での高い情報保持の性質が明らかになるとともに、ニューロン集団活動（記憶ダイナミクスにおけるセルアンサンブル）を活動ニューロンが発現している遺伝子の頻度分布として情報表現できることを明らかにした。また、大脳皮質におけるニューロン間の局所回路が細胞系譜やcPcdh発現により制御されている実験結果を得ることに成功した。これらの結果より、cPcd遺伝子群が記憶ダイナミックスの基盤となるセルアンサンブルをもたらす局所回路形成に関わる可能性が強く示唆されてきている。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Transgenic rat model of childhood-onset dermatitis by overexpressing telomerase reverse transcriptase (TERT) (2016)
  • Author(s): Kaneko R, Sato A, Hamada S, Yagi T, Ohsawa I, Ohtsuki M, Kobayashi E, Hirabayashi M, and Murakami T
  • Journal Title: Transgenic Research Volume: 17 Feb Issue: 4 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1007/s11248-016-9939-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The transfer and transformation of collective network information in gene-matched networks (2016)
  • Author(s): Kitsukawa T, Yagi T.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 5 Issue: 1 Pages: 4984-4984
  • DOI: 10.1038/srep14984
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of clustered protocadherins in promoting neuronal diversity and function (2015)
  • Author(s): Yagi T
  • Journal Title: Neural Surface Antigens, Elsevier Volume: - Pages: 141-152
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-800781-5.00012-8
  • ISBN: 9780128007815
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] mpaired clustered protocadherin-α leads to aggregated retinogeniculate terminals and impaired visual acuity in mice. (2015)
  • Author(s): Meguro R, Hishida R, Tsukano H, Yoshitake K, Imamura R, Tohmi M, Kitsukawa T, Hirabayashi T, Yagi T, Takebayashi H, Shibuki K
  • Journal Title: J Neurochem Volume: 133 Issue: 1 Pages: 66-72
  • DOI: 10.1111/jnc.13053
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic mapping in mice reveals the involvement of Pcdh9 in long-term social and object recognition, and sensorimotor development. (2015)
  • Author(s): Bruining H., Matsui A., Oguro-Ando A., Kahn R.S., van `t Spijker H.M., Akkermans G., Stiedl O., van Engeland H., Koopmans B., van Lith H.A., Oppelaar H., Tieland L., Nonkes L.J., Yagi T., Kaneko R., Burbach J.P.H., Yamamoto N., and Kas M.J.
  • Journal Title: Biological Phychiatry Volume: S0006-3223 Issue: 7 Pages: 00087-6
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2015.01.017
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] クラスター型プロトカドヘリン：複雑なニューラルネットワークへの挑戦 (2015)
  • Author(s): 八木健
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 33 Pages: 492-498
• [Journal Article] Expansion of stochastic expression repertoire by tandem duplication in mouse Protocadherin-α cluster. (2014)
  • Author(s): Kaneko R, Abe M, Hirabayashi T, Uchimura A, Sakimura K, Yanagawa Y, Yagi T.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 4 Issue: 1 Pages: 6263-6263
  • DOI: 10.1038/srep06263
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Developmental epigenetic modification regulates stochastic expression of clustered protocadherin genes, generating single neuron diversity. (2014)
  • Author(s): Toyoda S, Kawaguchi M, Kobayashi T, Tarusawa E, Toyama T, Okano M, Oda M, Nakauchi H, Yoshimura Y, Sanbo M, Hirabayashi M, Hirayama T, Hirabayashi T, Yagi T.
  • Journal Title: Neuron Volume: 82 Issue: 1 Pages: 94-108
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2014.02.005
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Protocadherins in neurological diseases. (2014)
  • Author(s): Hirabayashi T, Yagi T
  • Journal Title: Adv Neurobiol. Volume: 8 Pages: 293-314
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 脳神経系の再生医学―発表と再生の融合的新展開―」第2章細胞と回路の形成制御 (2014)
  • Author(s): 豊田峻輔、八木 健
  • Journal Title: 神経回路形成機構 Volume: - Pages: 55-59
• [Journal Article] 発生期におけるエピジェネティックな修飾はクラスター型プロトカドヘリン遺伝子の確率的な発現を制御し個々のニューロンを多様化する (2014)
  • Author(s): 豊田峻輔、八木 健
  • Journal Title: ライフサイエンス新着論文レビュー Volume: -
• [Presentation] Genetic codes for complex neural networks in the brain (2015)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: Circuit Construction in the Mammalian Brain
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所（静岡県三島市）
  • Year and Date: 2015-12-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ニューロンIDの可視化 クラスター型プロトカドヘリンの発現解析 (2015)
  • Author(s): 金子涼輔、阿部学、高鶴裕介、De Zeeuw Chris 、渡辺雅彦、崎村建司、柳川 右千夫、八木健
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] 大脳皮質神経幹細胞におけるDNA結合因子CTCFの役割 (2015)
  • Author(s): 平山晃斉、Niels Galjart、八木健
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] CTCF欠失は大脳皮質抑制性神経細胞の分布と神経活動に影響を及ぼす (2015)
  • Author(s): 有賀理恵、谷垣宏美、平山晃斉、吉武講平、足澤悦子、Niels Caljart、吉村由美子、渋木克栄、八木健
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] プルキンエ細胞におけるCTCF欠損は樹状突起にGiant Lamellar Bodyの形成を即す (2015)
  • Author(s): 角岡佑紀 平山晃斉 中山寿子 足澤悦子 崎村建司 Niels Galjart 、吉村由美子 橋本浩一 八木健
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] クラスター型プロトカドヘリン欠損マウスにおける神経細胞死の解析 (2015)
  • Author(s): 竹本 健二、長谷川 園子、井之上 幸範、平林 敬浩、八木 健
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] Genetic cords for complex neural networks in the brain (2015)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: RIKEN Kobeの動物実験従事者定期研修会
  • Place of Presentation: 理化学研究所 多細胞システム形成研究センター（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-11-19
  • Invited
• [Presentation] 複雑なニューラルネットワークを形成する分子メカニズム (2015)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: 比較記憶研究会「異なる動物種間での記憶回路制御機構の総合的理解による記憶回路原理の解明」
  • Place of Presentation: 生理学研究所（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2015-10-08
  • Invited
• [Presentation] Complex neural networks from neuronal individuality (2015)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: 医学・生命科学セミナー
  • Place of Presentation: 熊本大学（熊本県熊本市）
  • Year and Date: 2015-09-16
  • Invited
• [Presentation] Visualizing single-neuron identity defined by Pcdh-beta cluster in mouse brain (2015)
  • Author(s): 金子涼輔、阿部 学、渡辺雅彦、崎村建司、柳川右千夫、八木 健
  • Organizer: 第58回日本神経化学会大会
  • Place of Presentation: 大宮ソニックシティ（埼玉県さいたま市）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] 細胞系譜依存的な双方向性シナプス結合形成は、胎生期におけるエピジェネティックな遺伝子発現制御の影響を受ける (2015)
  • Author(s): 足澤悦子、三宝誠、平林敬浩、長谷川園子、金子涼輔、豊田峻輔、小林俊寛、平林真澄、八木健、吉村由美子
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] マウス後部頭頂連合野の予測誤差応答は経験によって形成される (2015)
  • Author(s): 吉武講平、塚野浩明、菱田竜一、八木 健、澁木克栄
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] クラスター型プロトカドヘリンは脳幹における神経細胞の生存に必要である (2015)
  • Author(s): 長谷川園子、岡山厚、平林敬浩、神田尋、足澤悦子、三宝誠、八木健
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] 空間/形状情報の視覚的短期記憶課題におけるプロトカドヘリン多様性減少マウスの障害 (2015)
  • Author(s): 鎌谷大樹、渡邊健児、山岸達矢、菱田竜一、八木健、澁木克栄
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] 複雑な連続ステップの学習初期に線条体の可塑性が必要である (2015)
  • Author(s): 中村徹、永田雅俊、八木健、山森哲雄、木津川尚史
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] 局所回路モデルGene-Matched Networkを利用したネットワーク情報の解析 (2015)
  • Author(s): 木津川尚史、八木健
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] Genetic bases for generating the complex neural networks in the brain (2015)
  • Author(s): 八木健
  • Organizer: 共同研究拠点国際シンポジウム 「意識を必要とする脳機能の神経メカニズム」
  • Place of Presentation: 新潟大学脳研究所（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-07-25
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ニューロンの個性がつくる複雑なニューラルネットワーク (2015)
  • Author(s): 八木健
  • Organizer: 第5回CiNetシンポジウム/COIシンポジウム 「人間力・社会力の脳科学 脳の長所を伸ばし、脳の弱点を補強する最新技術」
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2015-06-17
  • Invited
• [Presentation] 複雑なニューラルネットワーク形成のメカニズム：クラスター型プロトカドヘリンによる神経細胞の個性化 (2015)
  • Author(s): 八木健
  • Organizer: 自然科学研究機構プロジェクト 合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 生理学研究所（愛知県）
  • Year and Date: 2015-03-11
  • Invited
• [Presentation] 遺伝子と情報―Gene Matched Networksとコミュニティー解析への応用 (2015)
  • Author(s): 八木健
  • Organizer: 「保育・教育分野における人間行動ビッグデータ活用の方向性を探る」公開研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2015-02-28
  • Invited
• [Presentation] クラスター型プロトカドヘリン：複雑なニューラルネットワークへの挑戦 (2015)
  • Author(s): 八木健
  • Organizer: 第2回包括的神経グリア研究会
  • Place of Presentation: オースプラザ（愛知県）
  • Year and Date: 2015-01-10 – 2015-01-11
  • Invited
• [Presentation] Complex Neural Networks From Neuronal Individuality (2014)
  • Author(s): 八木健
  • Organizer: Special Seminar
  • Place of Presentation: Mount Sinai School of Medicine (USA)
  • Year and Date: 2014-11-21
  • Invited
• [Presentation] CTCFは抑制性神経細胞の発生、発達、移動に重要な因子である (2014)
  • Author(s): 谷垣宏美、平山晃斉、吉武講平、木津川尚史、Niels Galjart、澁木克栄、八木健
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • Year and Date: 2014-09-10 – 2014-09-13
• [Presentation] セル・アセンブリー（細胞集成体）をもたらす分子メカニズム (2014)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: 最先端脳科学セミナー
  • Place of Presentation: 富山大学医学部
  • Year and Date: 2014-08-29
  • Invited
• [Presentation] 神経細胞の個性を決める分子機構 (2014)
  • Author(s): 八木 健
  • Organizer: 第44回(2014)新潟神経学夏期セミナー
  • Place of Presentation: 新潟大学
  • Year and Date: 2014-08-01
  • Invited
• [Presentation] Developmental epigenetic modification regulates stochastic expression of clustered Protocadherin genes, generating single neuron diversity (2014)
  • Author(s): Shunsuke Toyoda, Takeshi Yagi
  • Organizer: FENS2014
  • Place of Presentation: Milan(Italy)
  • Year and Date: 2014-07-09
• [Book] Neural Surface Antigens (2015)
  • Author(s): Yagi T
  • Publisher: Elsevier
• [Remarks] 心生物学研究室
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/yagi/index.htm
• [Remarks] 集団性とランダム性を兼ね備えた神経細胞のネットワークが心を生み出す
  • URL: https://www.terumozaidan.or.jp/labo/class/s2_04/interview01.html
• [Remarks] 八木研究室
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/yagi/index.htm