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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Mechanism for building diversity of neural projections responsible for behavioral selection

Planned Research

Project AreaCensus-based biomechanism of circuit construction and transition for adaptive brain functions
Project/Area Number 21H05241
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

藤山 文乃  北海道大学, 医学研究院, 教授 (20244022)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大野 伸彦  自治医科大学, 医学部, 教授 (10432155)
Project Period (FY) 2021-09-10 – 2026-03-31
Keywordsドーパミン / 大脳基底核
Outline of Annual Research Achievements

本研究計画では、適応行動の選択の際に特異的な活動を示す神経細胞に、B01班が作成するウイルスベクタを感染させ、この感染細胞の遺伝子プロファイルを明らかにするとともに、この神経細胞の軸索が投射するポストシナプス側の神経細胞の詳細な遺伝子プロファイルを明らかにする。申請者らの先行研究によると、一つのドーパミン神経細胞が投射する線条体神経細胞は計算上75,000個と類推される。この大量な遺伝子情報を解析するためには、C01班のハイスループット遺伝子解析技術と連携する。この技術に、A01藤山班の投射軸索完全可視化、三次元電子顕微鏡解析を含む超解像度形態解析技術を有機的に連携させることで(神経回路seq)、「行動選択に伴い、構造的・遺伝的に規定された神経回路がドーパミンの影響によってどのように遷移していくのか」という学術的問いに迫る。今年度の研究では、経シナプス性に運ばれるウイルスベクタを用いて、世界で初めてドーパミン神経細胞の経シナプス標識が可能であることを確認した(2023年3月日本解剖学会発表)。具体的には中脳の黒質緻密部にAAV1-hSyn1-EBFP-Creを注入し、線条体のどのニューロンにCreが運ばれたのかを検証した。AAV1ウイルスは当然順行性のみならず逆行性に運ばれうるため、線条体の投射ニューロンが標識された場合は、順行性に標識されたものか逆行性に標識されたものかの区別がつかない。しかし今回線条体のインターニューロンが標識されており、ドーパミン神経細胞の経シナプス標識が成功したことを確認できた。これまで世界的にもドーパミン神経細胞の経シナプス標識の報告はなく、この所見の更なる検証を重ねる予定である。また、分担研究者の大野はdAPEX2-AAVを用いた軸索標識に成功しており、来年度はこの両者の手法を組み合わせ、ドーパミン神経軸索投射の微細構造を確認していく予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまで世界的にも成功例の報告がないドーパミン神経細胞の経シナプス標識を確認できたことで、研究分担者の大野との共同研究の道筋が見えてきた。もしこの経シナプス標識ができなかった場合は、さらに複雑な標識実験が必要となったはずだが、この成功のおかげで順調な進捗となっている。

Strategy for Future Research Activity

研究分担者の大野との共同研究で、ドーパミンニューロンと接続するニューロンの標識と3次元電顕解析に取り組む。具体的には(1)ドーパミン細胞を小胞体局在型dAPEX2(AAV2-EF1a-IGK-dAPEX2-KDEL)で標識(2)投射先ニューロンをCre組換えで標識を発現するミトコンドリア局在型のdAPEX2(AAV-Syn-DIO-COX4-dAPEX2)で標識という組み合わせに挑戦する。もし、dAPEX2で細胞体や樹状突起の標識はできるのですが、軸索遠位部では十分な強さで標識が難しく、ドーパミンニューロンの軸索は他の標識プローブを検討する必要がある。例えば、別々のプローブで標識が望ましい場合、ドーパミン細胞の軸索をシナプス小胞のDAB標識で標識し、投射先ニューロンを予定通りミトコンドリア標識で標識する方針が考えられる。あるいは、ドーパミン細胞と投射先ニューロンをともにミトコンドリア局在型のもので標識する方法も考えうる。どちらの場合であっても、現在代表者と分担者各々の教室で条件検討が進んでおり、代表者の教室にドーパミン細胞を特異的に標識しうる遺伝子改変動物も導入しつつあることから、研究の推進が見込める。

  • Research Products

    (18 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Cerebrospinal fluid-contacting neuron tracing reveals structural and functional connectivity for locomotion in the mouse spinal cord2023

    • Author(s)
      Nakamura Yuka、Kurabe Miyuki、Matsumoto Mami、Sato Tokiharu、Miytashita Satoshi、Hoshina Kana、Kamiya Yoshinori、Tainaka Kazuki、Matsuzawa Hitoshi、Ohno Nobuhiko、Ueno Masaki
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 12 Pages: 1-31

    • DOI

      10.7554/eLife.83108

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Empagliflozin attenuates arrhythmogenesis in diabetic cardiomyopathy by normalizing intracellular Ca handling in ventricular cardiomyocytes2023

    • Author(s)
      Kadosaka Takahide、Watanabe Masaya、Natsui Hiroyuki、Koizumi Takuya、Nakao Motoki、Koya Taro、Hagiwara Hikaru、Kamada Rui、Temma Taro、Karube Fuyuki、Fujiyama Fumino、Anzai Toshihisa
    • Journal Title

      American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology

      Volume: 324 Pages: H341~H354

    • DOI

      10.1152/ajpheart.00391.2022

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dark Rearing in the Visual Critical Period Causes Structural Changes in Myelinated Axons in the Adult Mouse Visual Pathway2022

    • Author(s)
      Osanai Yasuyuki、Battulga Batpurev、Yamazaki Reiji、Kouki Tom、Yatabe Megumi、Mizukami Hiroaki、Kobayashi Kenta、Shinohara Yoshiaki、Yoshimura Yumiko、Ohno Nobuhiko
    • Journal Title

      Neurochemical Research

      Volume: 47 Pages: 2815~2825

    • DOI

      10.1007/s11064-022-03689-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Heterogeneity and regulation of oligodendrocyte morphology2022

    • Author(s)
      Osanai Yasuyuki、Yamazaki Reiji、Shinohara Yoshiaki、Ohno Nobuhiko
    • Journal Title

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      Volume: 10 Pages: 1-13

    • DOI

      10.3389/fcell.2022.1030486

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Conservation of the Direct and Indirect Pathway Dichotomy in Mouse Caudal Striatum With Uneven Distribution of Dopamine Receptor D1- and D2-Expressing Neurons2022

    • Author(s)
      Ogata Kumiko、Kadono Fuko、Hirai Yasuharu、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko、Karube Fuyuki、Fujiyama Fumino
    • Journal Title

      Frontiers in Neuroanatomy

      Volume: 16 Pages: 1-22

    • DOI

      10.3389/fnana.2022.809446

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 大脳基底核尾側部に組み込まれている興奮性ニューロンの組織学的解析2023

    • Author(s)
      平井康治、藤山文乃
    • Organizer
      日本生理学会 第100回記念大会
  • [Presentation] 順行性経シナプス性AAVによるドーパミン神経細胞の標的細胞標識の試み2023

    • Author(s)
      苅部 冬紀、楊 洋、 平井 康治、藤山 文乃
    • Organizer
      第128回日本解剖学会総会・ 全国学術集会
  • [Presentation] Exploring the brain regions projecting to the caudal striatum in mice2023

    • Author(s)
      角野 風子、苅部 冬紀、平井 康治、藤山 文乃
    • Organizer
      第128回日本解剖学会総会・ 全国学術集会
  • [Presentation] ボリューム電子顕微鏡による生体の3次元微細構造の探求2022

    • Author(s)
      大野伸彦
    • Organizer
      日本顕微鏡学会 第78回学術講演会
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 電子顕微鏡のルネッサンス:細胞検査士、細胞診指導医が知っておくべき電顕の現況2022

    • Author(s)
      大野伸彦
    • Organizer
      第61回日本臨床細胞学会秋期大会
    • Invited
  • [Presentation] 視覚遮断による髄鞘構造の変化と行動異常の解析2022

    • Author(s)
      長内康幸、Battulga Batpurev、高瀬堅吉、山崎礼二、幸喜富、矢田部恵、水上浩明、小林憲太、清水健史、池中一裕、吉村由美子、大野伸彦
    • Organizer
      第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • [Presentation] ドーパミン受容体D1とD2の発現が偏る尾側線条体の腹側領域は、黒質外側部に投射する2022

    • Author(s)
      苅部 冬紀、緒方 久実子、角野 風子、 平井 康治、高田 昌彦、井上 謙一、藤山 文乃
    • Organizer
      第45回日本神経科学大会
  • [Presentation] 淡蒼球外節尾側領域での聴覚応答に関わる脳領域の探索2022

    • Author(s)
      平井康治、藤山文乃
    • Organizer
      第45回日本神経科学大会
  • [Presentation] Using a novel PV-Cre rat model to characterize pallidonigral cells and their terminations2022

    • Author(s)
      藤山文乃
    • Organizer
      DOPAMINE2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 大脳基底核の形態学的解析2022

    • Author(s)
      藤山文乃
    • Organizer
      日本解剖学会 第68回東北・北海道連合支部学術集会
    • Invited
  • [Presentation] マウス尾側線条体におけるドーパミン受容体不等発現領域とその投射様式2022

    • Author(s)
      苅部冬紀、緒方久実子、角野風子、平井康治、藤山文乃
    • Organizer
      日本解剖学会 第68回東北・北海道連合支部学術集会
  • [Presentation] 大脳基底核の形態学的解析からわかったこと2022

    • Author(s)
      藤山文乃
    • Organizer
      第102回北海道医学大会生理系分科会・第102回日本生理学会北海道地方会
    • Invited
  • [Remarks] 藤山研ホームページ

    • URL

      https://anatomy3.hokkaido.university

URL: 

Published: 2023-12-25  

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