2021 Fiscal Year Annual Research Report
Cell type census for for neuronal structure and function generation
| Project Area | Census-based biomechanism of circuit construction and transition for adaptive brain functions |
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| Project/Area Number |
21H05240
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
下郡 智美 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (30391981)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中嶋 藍 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (60706331)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Keywords | 細胞種 / 多様性 / 神経活動 / 樹状突起 / 軸索投射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、第一のモデルとしてマウス大脳皮質体性感覚野細胞（入力先）と入力元である視床視床腹側基底核を用いて、入力依存的に大脳皮質細胞の多様性を生むメカニズムの解明を目指す。2021年度はマウス大脳皮質体性感覚野細胞の多様性（有棘星状細胞、spiny stellate細胞（SS細胞）と錐体細胞、pyramidal neuron（PN））を決定する因子をVisiumを用いた遺伝子発現解析により明らかにし、PNに時期特異的に発現する因子の同定を行った。さらにこれらの候補因子をSSに強制的に発現させて、PNに形態変化を起こす因子の同定を行った。このことから、PNとSSの特徴的な形態と多様性を決定する因子を同定したといえる。さらに細胞形態の多様性の存在意義を明らかにするために、形態の変化がどの様に神経回路の接続様式をコントロールするのか、SSまたはPNからの接続を順行性、逆行性のトレーサーを用いて明らかにした。さらに、第二のモデルとして嗅覚回路を用いて、scRNA-seqによる大規模解析に基づく細胞種の同定、TRAP-seqによる軸索特異的に産生される因子の同定、細胞種ごとのin vivoイメージングによる神経回路形成の可視化、さらに脳領域間・種間比較を行なうことで細胞多様性に基づく神経回路構築メカニズムの解明を目指す。嗅覚情報処理を行う嗅球および梨状皮質の興奮性神経細胞特異的に遺伝子発現解析を行う目的で、HA標識されたリボソームたんぱく質を発現する遺伝子改変マウスを作出した。これらの遺伝子改変マウスに対して片鼻の鼻腔閉塞を行い、匂い入力の遮断を行ったうえでTRAP-seq法により嗅球および梨状皮質の興奮性神経細胞での発現変動遺伝子の同定・解析を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2021年度に明らかにしたマウス大脳皮質体性感覚野細胞の多様性を決定する因子の過剰発現マウスの作出に成功した。さらにこのマウスを用いて、行動解析を行なっている。大脳皮質体性感覚野細胞の多様性の存在意義を行動レベルで明らかにすることができると期待される。さらに、当初の計画通り嗅覚神経回路の構築に機能すると考えられる候補遺伝子の探索のため、嗅球および梨状皮質の興奮性神経細胞で匂い入力に依存して発現変動を示す遺伝子群の同定、および生物情報学的な解析によりどのような機能やパスウェイが特に変動しているかを検証している。さらに、梨状皮質において最も顕著な変動が見られた遺伝子についてはレポーターとしてCre組み換え酵素を発現する遺伝子改変マウスが入手可能であったため、投射関係の検証ならびに遺伝子の機能解析に着手することができたため、当初の予定以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度からは、大脳皮質体性感覚野細胞の多様性を決定する因子の発現をコントロールする上流因子の同定を行うために、視床VBおよびdLGN核のsnRNA-seqを行う。これらの核で発現する因子の違いを明らかにすることによって、視床からの入力依存的に大脳皮質細胞の多様性を生むメカニズムの全容の解明を進める。嗅覚情報処理を担う脳領域についての入力依存的な回路構築の分子メカニズムを解明するため、2021年度の実験により得られた候補遺伝子について、その機能を形態学的、生理学的に検証するとともに、特定の細胞集団の投射様式を明らかにする。また、遺伝子プロファイルから細胞のサブタイプを新たに同定するため、嗅球ならびに梨状皮質についてscRNA-seqを実施する。scRNA-seqについてはサンプル採取のための条件検討まで実施済みである。
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Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Cellular-resolution gene expression profiling in the neonatal marmoset brain reveals dynamic species- and region-specific differences2021
Author(s)
1.Kita Y, Nishibe H, Wang Y, Hashikawa T, Kikuchi SS, U M, Yoshida AC, Yoshida C, Kawase T, Ishii S, Skibbe H, Shimogori T.
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Journal Title
Proc Natl Acad Sci U S A.
Volume: 118
Pages: e2020125118
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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