2022 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of Molecular Dynamics for Structural Spine Plasticity during the Critical Period
| Project Area | Inducing lifelong plasticity (iPlasticity) by brain rejuvenation: elucidation and manipulation of critical period mechanisms |
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| Project/Area Number |
20H05918
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
内ヶ島 基政 新潟大学, 脳研究所, 准教授 (10614662)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | スパイン / 分子標識 / イメージング / 臨界期 / 眼優位可塑性 / ゲノム編集 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、独自に開発した生体内ゲノム編集に基づいた単一細胞内在分子局在解析技術によって、マウス生後発達過程の臨界期における大脳皮質感覚野ニューロンの個々のスパインに発現する分子の分布パターンおよび動態を大規模かつ網羅的に観察することで、臨界期を特徴づけるスパイン分子発現プロファイルを明らかにする。本年度は、単一ニューロンにて化学タグ標識された内在スパイン分子を細胞全体で網羅的に解析するため、広視野かつ高解像度のボリュームイメージングの手法と得られた蛍光シグナルの半自動的な大規模解析技術を導入した。その結果、単一ニューロン上に形成された数千個にもおよぶスパインの定量的分子発現プロファイルを1スパインの解像度でマッピングできる新たな解析パイプラインを構築した。例えば、興奮性シナプス伝達の強度を決めるシナプス表面のAMPA型グルタミン酸受容体サブユニットと興奮性シナプスの足場タンパク質であるPSD95が二重標識された単一大脳皮質錐体細胞において、AMPA受容体発現強度の1細胞空間マッピングを千数百個もの興奮性シナプスのスケールで実現した。個々のスパインにおけるAMPA受容体発現強度には、PSD95に比べて大きなばらつきが存在し、興味深いことに、シナプスの増強が起こっていると考えられるAMPA受容体に富んだシナプスと、サイレントシナプスと呼ばれるようなAMPA受容体に乏しいシナプスの空間分布の可視化にも成功した。これらの技術開発成果を取りまとめ、論文として発表する予定である。
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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
本年度は、単一ニューロン上の数千個のスパインにおける複数の分子発現を定量的かつ網羅的に解析することに成功したように、イメージング画像の解析技術の面において想定以上の進展があった。一方、in vivoにおける分子動体解析については、標識分子から得られるシグナル強度が解析に十分なレベルに達していないため、さらなる改善が必要である。以上を考慮して、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までに得た単一ニューロン上のスパインにおける内在分子発現の網羅的・定量的マッピングに関する技術開発の成果を論文として発表するための準備を進める。また、この技術のマウス一次視覚野臨界期への応用も並行して行う。
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[Presentation] Development of Single-Cell, Spatiotemporal, Quantitative Imaging Method for Endogenous Proteins in Mammalian Brains2023
Author(s)
Motokazu Uchigashima, Risa Iguchi, Kazuma Fujii, Pratik Kumar, Manabu Abe, Motohiro Nozumi, Michihiro Igarashi, Kenji Sakimura, Ryoma Bise, Luke D Lavis, and Takayasu Mikuni
Organizer
第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
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