2017 Fiscal Year Annual Research Report
精神神経疾患を理解するシナプスのスクラップ＆ビルド
| Project Area | Dynamic regulation of brain function by Scrap & Build system |
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| Project/Area Number |
16H06463
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
内匠 透 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, チームリーダー (00222092)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
萬代 研二 神戸大学, 医学研究科, 特命准教授 (50322186)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | シナプス / スパイン / モデルマウス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
興奮性シナプスは、神経細胞樹状突起から突き出たサブミクロンの突起（スパイン）上に形成される。スパインの数は形成（ビルド）と破壊（スクラップ）の動的平衡によって決まり、発達期に増加し成長後にゆるやかに減少することが知られているがその分子基盤は未解明である。我々は自閉スペクトラム症（ASD）モデルマウスに共通する所見として大脳皮質の錐体細胞でのスパイン形成と破壊が共に亢進することを見出した。本研究では、自閉症原因遺伝子とその下流に焦点を当て、大脳皮質でのスクラップ＆ビルド機構の分子機序を明らかにし、行動解析やin vivoスパインイメージング法によってスクラップ＆ビルド現象の破綻と高次機能障害との関係を解明する。
自閉症モデルマウス（patDp/+）のスパイン動態の変容(大脳皮質の錐体細胞でのスパイン形成と破壊が共に亢進すること)に関わる分子として、２光子顕微鏡を用いたスパインのin vivoイメージング法を用いて、ヒト１５番染色体（15q11-13）父性重複領域に存在するNdnを同定した。
一方、シナプス・細胞接着に関する分子の機能解析では、自閉症患者の全エクソームシーケンス解析から新規Neuroligin1自閉症変異を同定した。またこれまでにヒト遺伝学的解析で同定されているNeuroligin1変異体を全て収集し、それらのin silico解析および細胞内での機能を明らかにした。さらにCRISPR/Cas9法により患者変異を有する点変異ノックインマウスを作製し、網羅的行動解析を行った結果、社会性行動の異常を見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
自閉症モデルマウスのスパイン動態の変容に関わる分子として、自閉症様行動がmatDp/+マウスではなくpatDp/+マウスに見られることから、父性発現遺伝子群（Mkrn3, Magel2, Ndn, Snrpn）を子宮内穿孔法により遺伝子導入することにより、大脳皮質に発現させた。これらのマウスの２光子顕微鏡によるスパインのin vivoイメージングをしたところ、父性発現遺伝子群のうちNdnを発現させた際にpatDp/+マウスのスパイン表現型と似た表現型を得た。またCRISPR/Cas9系を利用してもとの重複マウスからNdn遺伝子だけを１コピーにしたマウスを作製した。本モデルマウスのスパイン表現型は野生型と同様の表現型を示しており、もとの重複マウスで見られたスパイン表現型の原因遺伝子はNdnであることを明らかにした。
分担研究者の萬代は、細胞接着分子ネクチンに結合する分子アファディンは苔状線維シナプスのスパインを含む微細構造の形態形成とシナプスの機能の制御に必要不可欠な分子であることを明らかにした。その分子機構には少なくとも接着分子のNGL-3が関与することも解明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
patDp/+マウスのシナプトソームを用いたプロテオミクス解析の結果、タンパク合成に関わる分子が同定され、局所翻訳とスパイン動態のリンクが示唆された。また、ミトコンドリア機能との関連が示唆されたので、ミトコンドリア機能とスパイン機能の関連を解析する。マウス脳の各発達時期におけるシナプトソームを単離し、シナプス関連タンパク質の網羅的プロテオミクス解析を行う。
スクラップ&ビルド現象の個体レベルにおける高次機能と病態との関連を明らかにするために、イメージングシステムを利用して、ネットワークレベルの解析を可能にするための系を立ち上げる。
分担研究者の萬代は、アファディン結合分子のMAGUINの、シナプスの形成と維持における機能を解析する。また成熟マウスの歯状回の新生神経細胞の軸索投射のガイダンスと標的におけるリンクスの機能をリンクス条件付き遺伝子欠損マウスを用いて解明する。
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[Journal Article] The choroid plexus is an important circadian clock component.2018
Author(s)
Myung J, Schmal C, Hong S, Tsukizawa Y, Rose P, Zhang Y, Holtzman MJ, De Schutter E, Herzel H, Bordyugov G, Takumi T
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Journal Title
Nat Commun
Volume: 9
Pages: 1062
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Serotonin rebalances cortical tuning and behavior linked to autism symptoms in 15q11-13 CNV mice.2017
Author(s)
Nakai N, Nagano M, Saitow F, Watanabe Y, Kawamura Y, Kawamoto A, Tamada K, Mizuma H, Onoe H, Watanabe Y, Monai H, Hirase H, Nakatani J, Inagaki H, Kawada T, Miyazaki T, Watanabe M, Sato Y, Okabe S, Kitamura K, Kano M, Hashimoto K, Suzuki H, Takumi T
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Journal Title
Sci Adv
Volume: 3
Pages: e1603001
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] NGL-3-induced presynaptic differentiation of hippocampal neurons in an afadin-dependent, nectin-1-independent manner.2017
Author(s)
Maruo T, Mandai K, Miyata M, Sakakibara S, Wang S, Sai K, Itoh Y, Kaito A, Fujiwara T, Mizoguchi A, Takai Y
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Journal Title
Genes Cells
Volume: 22
Pages: 742-755
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Multiple roles of afadin in the ultrastructural morphogenesis of mouse hippocampal mossy fiber synapses.2017
Author(s)
Sai K, Wang S, Kaito A, Fujiwara T, Maruo T, Itoh Y, Miyata M, Sakakibara S, Miyazaki N, Murata K, Yamaguchi Y, Haruta T, Nishioka H, Motojima Y, Komura M, Kimura K, Mandai K, Takai Y, Mizoguchi A.
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Journal Title
J Comp Neurol
Volume: 525
Pages: 2719-2734
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Serotonin rebalances cortical tuning and behavior linked to autism symptoms in 15q11-13 duplication mice2017
Author(s)
Nobuhiro Nakai, Masatoshi Nagano, Fumihito Saitow, Yasuhito Watanabe, Yoshinobu Kawamura, Hiroshi Mizuma, Hirotaka Onoue, Kota Tamada, Hiromu Monai, Hajime Hirase, Taisuke Miyazaki, Masahiko Watanabe, Shigeo Okabe, Masanobu Kano, Kouichi Hashimoto, Hidenori Suzuki, Toru Takumi
Organizer
Neuroscience 2017
Int'l Joint Research
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[Presentation] Serotonin intervention alleviates cortical response to sensory stimuli and social behavior in human 15q duplication model mice2017
Author(s)
Nobuhiro Nakai, Masatoshi Nagano, Fumihito Saitow, Yasuhito Watanabe, Yoshinobu Kawamura, Hiroshi Mizuma, Hirotaka Onoue, Kota Tamada, Hiromu Monai, Hajime Hirase, Taisuke Miyazaki, Masahiko Watanabe, Shigeo Okabe, Masanobu Kano, Kouichi Hashimoto, Hidenori Suzuki, Toru Takumi
Organizer
Cell Symposia “Big Questions in Neuroscience”
Int'l Joint Research
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[Presentation] Serotonin rebalances cortical tuning and behavior linked to autism symptoms in 15q11-13 CNV2017
Author(s)
Nobuhiro Nakai, Masatoshi Nagano, Fumihito Saitow, Yasuhito Watanabe, Yoshinobu Kawamura, Hiroshi Mizuma, Hirotaka Onoue, Kota Tamada, Hiromu Monai, Hajime Hirase, Taisuke Miyazaki, Masahiko Watanabe, Shigeo Okabe, Masanobu Kano, Kouichi Hashimoto, Hidenori Suzuki, Toru Takumi
Organizer
第４０回日本神経科学大会
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