神経前駆細胞の動と静を制御する場と集団の原理

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Cross-talk between moving cells and microenvironment as a basis of emerging order in multicellular systems
• Project/Area Number: 22111006
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 宮田 卓樹 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (70311751)
• Project Period (FY): 2010-06-23 – 2015-03-31
• Keywords: 神経前駆細胞 / 移動 / イメージング

Research Abstract

「神経前駆細胞の動と静を制御する場と集団の原理」は，当領域「動く細胞と場のクロストークによる秩序の生成」の項目A03「組織から器官へ」に属し，1. 脳・脊髄・網膜の基礎となる三次元構造「神経上皮」が，ageや分化度の異なる細胞をいかに自身の中に共存させているか，2. 神経上皮中において，ヘテロな細胞たちの動きがいかに組み合わされ，細胞間の関係性がどう変化していくのか，3. 細胞の動きに裏打ちされた「関係性の変化・ゆらぎ」が，集団としての三次元構造および細胞産生力の維持・変化にどう貢献するのか，を明らかにすることを目指している．H25年度には，本領域発足後に立ち上げた「全細胞のイメージング」をもとにした核移動のトラッキング，子宮内エレクトロポレーションによる機能実験，力学的な実験，シミュレーションなどを組み合わせることにより，神経前駆細胞の集団としての動きには個々の細胞が長く伸びた形態をとることが重要であると明らかにし，また，神経前駆細胞が過剰混雑という力学的負荷を感知して「脱上皮化」という反応を示すことを見いだした（Nature Neuroscience誌に論文出版）．この成果は，先天性疾患の病因解明や大脳進化の理解のための基礎的知見として意義を有するとの解説を交えて新聞紙上や各種ウェブサイトで紹介された．一方，細胞動態の解析を通じて，大脳発生に関しての複数の論文の出版に至った（Journal of Neuroscience, Nature Communications, Neuron).

Current Status of Research Progress

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

Reason

神経前駆細胞の動態把握については，論文の出版を果たすことができたことに表れるように，当初の期待どおりに進行してきている．遺伝子操作実験の結果，過剰混雑が異常な脱上皮化を引き起こすという思いがけない結果を生じさせたことから，力学的な要因に注目して研究する方向性が見いだせたことも非常に意義深いと言える．一方で，細胞の分化度をリアルタイムで把握できるようにと取り組んできたトランスジェニックマウスも完成にこぎつけることができた（論文印刷中）ので，いよいよこれから予定した詳細な細胞間相互作用についての動態把握と運命選択との関係性を調べる解析を本格化することができる．また，取り組んできたシミュレーションも，基本となる形が得られた．

Strategy for Future Research Activity

最終年度にあたり，動きの意味について一層の詳細な，また一方で俯瞰的な理解ができるよう，「分化」の問題と，「集団化」の問題について集中的な研究を進める予定である．「分化」の問題は，重要なツールが得られたのでイメージングの4D解析を実行に移すとともに，運命制御にあずかる細胞表面分子の電子顕微鏡的解析も行う．集団としての動きの調和に関するシミュレーションについては，イメージングデータをもとに各種パラメータ設定の検証を行なうとともに， in silico実験を本格化させ，いかなる工夫やリスクが存在し，動きがそれらとどう折り合っているか，また役立っているかを明らかにする．

Research Products

• [Journal Article] Pioneering axons regulate neuronal polarization in the devveloping cerebral cortex. (2014)
  • Author(s): Namba, T., Kibe, Y., Funahashi, Y., Nakamuta, S., Takano, T., Ueno, T., Shimada, A., Kozawa, S., Okamoto, M., Shimoda, Y., Oda, K., Wada, Y., Masuda, T., Sakakibara, A., Igarashi, M., Miyata, T., Faivre-Sarrailh, C., Takeuchi, K., Kaibuchi, K.
  • Journal Title: Neuron Volume: 81 Pages: 814-829
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2013.12.015.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Septins promote dendrite and axon development by negatively regulating microtubule stability via HDAC6-mediated deacetylation. (2014)
  • Author(s): Ageta-Ishihara, N., Miyata, T., Ohshima, C., Watanabe, M., Sato, Y., Hamamura, Y., Higashijima, T., Mazitschek, R., Bito, H., Kinoshita, M.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 4 Pages: 2532
  • DOI: 10.1038/ncomms3532
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TAG-1–assisted progenitor elongation streamlines nuclear migration to optimize subapical crowding. (2013)
  • Author(s): Okamoto, M., Namba, T., Shinoda, T., Kondo, T., Watanabe, T., Inoue, Y., Takeuchi, K., Enomoto, Y., Ota, K., Oda, K., Wada, Y., Sagou, K., Saito, K., Sakakibara, A., Kawaguchi, A., Nakajima, K., Adachi, T., Fujimori, T., Ueda, M. Hayashi, S., Kaibuchi, K., Miyata, T.
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: 16 Pages: 1556-1566
  • DOI: 10.1038/nn.3525
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shootin1 acts in concert with KIF20B to promote polarization of migrating neurons. (2013)
  • Author(s): Sapir, T., Levy, T., Sakakibara, A., Rabinkov, A., Miyata, T., Reiner, O.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 33 Pages: 11932-11948
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5425-12.2013
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 三次元環境中で娘細胞の運命選択・形態変化・近隣細胞との関係を鋭敏かつ網羅的にライブでとらえ「脳室帯」構造・機能の成立原理を問う (2014)
  • Author(s): 川上巧、佐合健、宮田卓樹
  • Organizer: 第119回日本解剖学会総会全国学術集会
  • Place of Presentation: 自治医科大学キャンパス（栃木県下野市)
  • Year and Date: 20140329-20140329
• [Presentation] TAG-1-assisted progenitor elongation streamlines nuclear migration to optimize subapical crowding (2014)
  • Author(s): Mayumi Okamoto, Takashi Namba, Tomoyasu Shinoda, Kosei Takeuchi, Kazunori Nakajima, Toshihiko Fujimori, Masahiro Ueda, Shigeo Hayashi, Kozo Kaibuchi, Takaki Miyata
  • Organizer: 第119回日本解剖学会総会全国学術集会
  • Place of Presentation: 自治医科大学キャンパス（栃木県下野市)
  • Year and Date: 20140329-20140329
• [Presentation] Microtubule regulation of neuronal migration and polarization in the developing mouse cerebrum (2013)
  • Author(s): Sakakibara, A., Ando, R., Noguchi, N., Kuroda, M., Masaoka, M., Miyata, T.
  • Organizer: ASCB 2013 Annual Meeting
  • Place of Presentation: New Orleans, USA
  • Year and Date: 20131217-20131217
• [Presentation] 胎生期マウス大脳皮質ニューロンの移動と極性化における微小管の機能 (2013)
  • Author(s): 榊原明、宮田卓樹
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター（兵庫県神戸市I
  • Year and Date: 20131203-20131203
• [Presentation] 発生期脳組織の力学特性測定 (2013)
  • Author(s): 長坂新、岡本麻友美、篠田友靖、宮田卓樹
  • Organizer: 第73回日本解剖学会中部支部学術集会
  • Place of Presentation: 山梨大学甲府キャンパス（山梨研甲府市）
  • Year and Date: 20131005-20131005
• [Presentation] Microtubule regulation of neuronal migration and polarization in the developing mouse cerebrum (2013)
  • Author(s): Sakakibara, A., Ando, R., Noguchi, N., Kuroda, M., Masaoka, M., Miyata,
  • Organizer: the 5th EMBO Meeting 2013
  • Place of Presentation: Amsterdam, Netherkands
  • Year and Date: 20130923-20130923
• [Presentation] Analysis of intracellular calcium kinetics in the ventricular zone of embryonic rodent neocortex by improved genetically encoded calcium indicators (2013)
  • Author(s): Ken Sagou, Tomoki Matsuda, Takeharu Nagai, Takaki Miyata
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府京都市)
  • Year and Date: 20130622-20130622
• [Presentation] Interkinetic nuclear migration through TAG-1-assisted progenitor elongation prevents neuroepithelial overcrowding and ensures neocortical histogensis (2013)
  • Author(s): Mayumi Okamoto, Takashi Nanba, Tomoyasu Shinoda, Ken Sagou, Kanako Saito, Akira Sakakibara, Ayano Kawaguchi, Kazunori Nakajima, Masahiro Ueda, Shigeo Hayashi, Toshihiko Fujimori, Kozo Kaibuchi, Takaki Miyata
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府京都市)
  • Year and Date: 20130622-20130622
• [Presentation] Cohorts of Purkinje cells that share the same birthdate communicate each other and form individual compartments in the cerebellum (2013)
  • Author(s): Mitsuhiro Hashimoto and Takaki Miyata
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府京都市)
  • Year and Date: 20130622-20130622
• [Presentation] Function of cytoplasmic microtubules in migration and polarization of neocortical neurons (2013)
  • Author(s): Akira Sakakibara, Ryota Ando, Yuta Fuma, Namiko Noguchi, Maiko Kuroda, Makoto Masaoka, Takaki Miyata
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府京都市)
  • Year and Date: 20130622-20130622
• [Presentation] Temporal change in cortical progenitor cells as revealed by single cell gene expression profikes (2013)
  • Author(s): Ayano Kawaguchi, Mayumi Okamoto, Takaki Miyata, Fumio Matsuzaki
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府京都市)
  • Year and Date: 20130621-20130621
• [Presentation] 大脳新皮質構築と回路形成機構ｰ哺乳類特有の脳構造はどのように作られるのか？ (2013)
  • Author(s): 宮田卓樹
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府京都市)
  • Year and Date: 20130621-20130621
• [Presentation] Function of cytoplasmic microtubules in migration and polarization of neocortical neurons (2013)
  • Author(s): Akira Sakakibara, Ryota Ando, Yuta Fuma, Namiko Noguchi, Maiko Kuroda, Makoto Masaoka, Takaki Miyata
  • Organizer: 第65回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: ウインクあいち(愛知県名古屋市)
  • Year and Date: 20130621-20130621
• [Presentation] Novel transgenic tool to live monitor the morphology and behavior of Neurogenin2-expressing cells in the developing mammalian brain (2013)
  • Author(s): T.Kawaue, K.Sago, M.Okamoto, T. Shinoda, A. Kawaguchi, T. Miyata
  • Organizer: 第46回日本発生生物学会
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根県松江市)
  • Year and Date: 20130529-20130530
• [Presentation] Interkinetic nuclear migration through TAG-1-assisted progenitor elongation prevents neuroepithelial overcrowding and ensures neocortical histogenesis (2013)
  • Author(s): Mayumi Okamoto, Takashi Namba, Tomoyasu Shinoda, Ken Sago, Kanako Saito, Akira Sakakibara, Ayano Kawaguchi, Kazunori Nakajima, Masahiro Ueda, Shigeo Hayashi, Toshihiko Fujimori, Kozo Kaibuchi, Takaki Miyata
  • Organizer: 第46回日本発生生物学会
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根県松江市)
  • Year and Date: 20130529-20130530
• [Presentation] Formation process of individual compartments in the cerebellum of mouse embryo (2013)
  • Author(s): Mitsuhiro Hashimoto and Takaki Miyata
  • Organizer: 第46回日本発生生物学会
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根県松江市)
  • Year and Date: 20130529-20130530
• [Book] 脳の発生学 (2013)
  • Author(s): 宮田卓樹，山本亘彦
  • Total Pages: 263(19-33)
  • Publisher: 化学同人