2013 Fiscal Year Annual Research Report
オリゴデンドロサイトを介した神経軸索間情報伝達機構の解明
| Project Area | Glial assembly: a new regulatory machinery of brain function and disorders |
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| Project/Area Number |
25117005
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
池中 一裕 生理学研究所, 分子生理研究系, 教授 (00144527)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 良彦 山形大学, 医学部, 准教授 (10361247)
田中 謙二 慶應義塾大学, 医学部, 准教授 (30329700)
清水 健史 生理学研究所, 分子生理研究系, 助教 (60398237)
小林 憲太 生理学研究所, 脳機能計測・支援センター, 准教授 (70315662)
畑中 伸彦 生理学研究所, 統合生理研究系, 助教 (80296053)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | ｸﾞﾘｱ / 精神疾患 / 神経興奮制御 / 活動電位の伝導速度 |
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| Research Abstract |
１）GFP標識した弱毒化狂犬病ウイルスを脳梁に注入することにより個々のオリゴデンドロサイト(OL)の形態を標識することに成功した。この狂犬病ウイルスと、DsRed2及びBFP標識したアデノ随伴ウイルスを用いた3重標識法によりOL-神経軸索間の相互作用を詳細に解析できる新規の手法を開発した。この手法により生体マウスの脳梁OLは左右どちらの脳半球から投射する神経軸索に対してもミエリン形成することを明らかにした。
２）OL特異的に光感受性チャネルを発現させたマウスを用い、海馬白板にて複合活動電位を記録し、光刺激によってOLを脱分極させたときの軸索伝導変化を検討した。複合活動電位の振幅は、光刺激によるOLの脱分極の大きさに依存して、光刺激直後の増加とさらなる漸増の両方を示す場合と、漸増のみを示す場合とが観察された。複合活動電位の幅は、前者では、光刺激によって約10分間持続する一過性の減少を示したのに対し、後者では、複合活動電位の幅に変化はみられなかった。また、逆行性に伝導してくる活動電位の潜時を測定したところ、OLが大きく脱分極する場合では、一過性の潜時の減少が観察された。以上の結果は、OLの脱分極によって、軸索伝導に促進性の可塑的変化が生じたことを示唆する。これらの修飾効果は、複数の軸索を伝導する活動電位を同調させ、脳白質における情報処理に影響を与えるものと考えられる。
３）ランビエ絞輪に隣接するパラノードでは、髄鞘-軸索間でjunctionを形成し、伝導速度の維持に機能している。NF155遺伝子欠損マウスにおいてパラノードの崩壊を誘導し、ニューロン側で発現変化する遺伝子をマイクロアレイ法により網羅的に解析した。その結果、発現が増減したニューロン遺伝子を多数同定した。
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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
研究期間では、以下の事項を主な研究計画としてあげている。
１）髄鞘が形成されている軸索の神経細胞体の位置特定：HEK293細胞にシナプス形成誘導因子IL1RAcPbを導入し、ニューロンと共培養することによりシナプス様構造が誘導された。同様にIL1RAcPbにより培養OL-ニューロン間にシナプス様構造を形成させ、GFPでラベルされた狂犬病ウイルスを感染、越シナプスさせることで、OL-ニューロン相互作用の標識を試みたが、現在のところ成功していない。しかしながら、この実験を遂行する課程で、GFP発現狂犬病ウイルスがマウス脳梁のOLを効率よく標識することを新規に見出した。この標識法を用いて、どの大脳皮質領野から投射する神経軸索に対してOLが優先的に髄鞘形成を行っているかを解析し、興味深い結果が得られている。
２）OL脱分極の生理作用：１．OL脱分極による活動電位の伝導速度変化・活動電位同調作用の検討、２．OLによる軸索伝導変化の機序の検討、３．OL操作により軸索伝導が変化したときの出力先シナプスにおける可塑性誘導の変化、４．OL操作による軸索伝導変化の生理的意義のin vivoにおける検討。１については、今年度の研究により、光刺激によるOL脱分極によって誘導される軸索伝導の変化を見出しており、その成果を論文投稿中である。２については、Cl-トランスポーターをOLで過剰発現させたマウスを作製しており、１でみられた変化の機序に容量調節が関与するかどうか検討を始めている。また、海馬CA1－海馬台シナプスにおいて安定した長期増強を誘導できるようになっており、３について検討可能な状況になっている。これらのことから、研究進捗状況としては、順調に進んでいると考える。３）パラノード崩壊の神経作用：paranodal junctionの崩壊によって発現変化するニューロン遺伝子は、すでに多数を同定しており、こちらは順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）生体内のOLにIL1RAcPb遺伝子およびGFP遺伝子を発現する狂犬病ウイルスを感染させ、ニューロンと髄鞘の間にシナプス様構造を誘導する。狂犬病ウイルスの越シナプス能により、OLが髄鞘を形成するニューロンをin vivo でGFP標識する。
２）OL特異的に光感受性チャネルとCl-トランスポーターを発現させたマウスを用い、今年度みられた光刺激による複合活動電位変化がどのように影響されるかを調べることによって、OL脱分極による軸索伝導促進効果に容量調節因子が含まれるかどうか検討する。また、海馬CA1－海馬台錐体細胞シナプスにおける興奮性シナプス反応が、光照射の前後でどのように変化するか検討する。さらに、このシナプスにおけるシナプス可塑性について、長期増強を誘導させる条件刺激に先行して、あるいは同時にOLへの光刺激を加えたときに，可塑的変化がどのように影響されるか検討する。In vivoにおける研究では、平成26年度でマウスでの脳定位固定装置を用いての電気生理学的記録手法を確立し、平成27年度以降、OL脱分極による軸索伝導変化の生理的意義の検討を行う予定である。
３）paranodal junction崩壊によりニューロン側で発現上昇する遺伝子をマーカー遺伝子として使用し、OL-ニューロン間の相互作用を生体マウスで検出する。また、脳高次機能、神経疾患の発症に及ぼす影響を検証するために、霊長類のニホンザルを用いる。まずparanodal junctionの崩壊をニホンザルで誘導するために、東京大学の廣瀬謙造教授らが開発したRNAiライブラリーを調製する方法を用いて、サルNF155遺伝子に対する効率の良いshRNAコンストラクトを作製する。
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