2016 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 Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
池中 一裕 生理学研究所, 分子細胞生理研究領域, 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(信濃町), 准教授 (30329700)
清水 健史 生理学研究所, 分子細胞生理研究領域, 助教 (60398237)
小林 憲太 生理学研究所, 行動・代謝分子解析センター, 准教授 (70315662)
畑中 伸彦 生理学研究所, システム脳科学研究領域, 助教 (80296053)
吉村 武 生理学研究所, 分子細胞生理研究領域, 助教 (60402567)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | グリア / 精神疾患 / 神経興奮制御 / 活動電位の伝達速度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)マウスの口髯除去による大脳皮質感覚野の活動低下、および眼瞼縫合による視神経の活動低下を誘起する系を確立し、神経活動依存性に着目した。我々の技術の利点を生かして、一つ一つのOLに近接している個々の軸索の活動に依存して髄鞘形成が変化することを明らかにした。
(2)これまでに、OL脱分極による軸索伝導変化が、軸索の長さ方向の部位によって異なること（場所優位性）を新たに発見してきた。本年度の研究により、1.75-2.0ミリ秒の潜時を示す活動電位が発生する部位において伝導促進効果が最も著明であることがわかった。また、低濃度テトロドトキシンによって伝導速度を遅くすると、顕著な変化を示す潜時が延長していた。さらに、チャネルロドプシンとともにNKCC1を強制発現させた実験において、より広い範囲で伝導速度が速くなったことから、この促進効果への細胞容量調節の関与がさらに強く示唆された。また、アーキロドプシンをOL特異的に発現させたマウスの実験を行ったところ、OLの過分極は軸索伝導には影響を与えていないことがわかった。海馬CA1－海馬台シナプスにおけるシナプス可塑性の誘導修飾については、本年度の実験で例数を重ねることができ、長期増強が細胞の発火パターン特異的に起こりやすくなっていることがわかった。
(3) 神経軸索のランビエ絞輪に隣接するParanodal Junction(PJ)では、ミエリン-軸索間でJunctionを形成し、神経情報の伝達に機能している。PJの崩壊に依存して発現変動する遺伝子として同定したAquaporin3(Aqp3)に着目した。コピー数多型解析により、Aqp3は統合失調症の原因遺伝子の候補の一つとして同定された。
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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
(1)新規に開発したOL-神経軸索間の相互作用解析法を生体マウス脳に適用し、大脳皮質の異なる領野から投射する神経軸索に対して、OLが選択的に髄鞘形成を行うことを明らかにした。髄鞘形成が神経活動に依存するかどうかに着目し、マウスの口髯除去による大脳皮質感覚野の活動低下では髄鞘形成効率は変化しないものの髄鞘の長さが減少することが明らかになった。
(2)主な研究事項は、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における検討である。1についてはすでにその成果を論文発表した。２については軸索伝導促進効果の機序に容量調節が関与することを示した。1, 2に関連し、新たに発見した軸索伝導修飾の場所優位性については、すでに投稿準備中である。3では、海馬CA1－海馬台シナプスにおいて、OL操作により細胞の発火パターン特異的にシナプス伝達が変化しているという結果を得ており、長期増強誘導も同様に閾値が低下していることを確認した。4では、海馬および前頭葉皮質に記録電極を刺入し、神経細胞のスパイク測定が可能になっている。
(3)PJの崩壊によって発現変化するニューロン遺伝子を複数同定しており、初代培養神経細胞と生体マウスを用いてそれらの遺伝子の機能解析を行っている。同定したAqp3はコピー数多型(CNV)解析により、統合失調症の原因遺伝子の候補の一つとして同定された。また、Aqp3を発現するアデノ随伴ウイルスをマウス脳内に注入した結果、パラノードの異常に応答したAqp3の発現変化は脱髄初期のニューロンの生存、維持に作用する可能性が示唆された。
これらの結果、研究進捗状況としては順調に進んでいると考えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 前述の髄鞘標識法を用いて、OLがどのような機構で神経軸索を判別しているのかを明らかにするため、特に神経活動への依存性に着目する。これまでに行ってきた神経活動の低減とは逆に、神経活動を亢進する電位依存性ナトリウムチャネル(NaChBac)をマウス大脳ニューロン特異的に発現させる系を確立し、神経活動の変化に依存した個々のオリゴデンドロサイトの形態変化や髄鞘形成様式を詳細に観察する。
(2)OL脱分極による軸索伝導促進の機能的意義の検討を引き続き行う。海馬CA1－海馬台シナプスにおけるシナプス可塑性の誘導修飾について、条件刺激発数を変えてさらにデータを集め、詳細な検討を行う。また、NKCC1をチャネルロドプシンとともにOL特異的に発現させたマウス、およびアーキロドプシンをOL特異的に発現させたマウスも用い、シナプス可塑性について検討を加える予定である。引き続き、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を行い、海馬および前頭前野での自発神経活動に対するOL脱分極の効果、および海馬－前頭前野間シナプス反応に対する効果を検討していく。生理的意義の検討をin vivoとスライス標本での実験とを合わせて多角的に行っていく。
(3) NF155に対するsiRNAを発現するアデノ随伴ウイルスをマウス脳内に注入し、マウス内包のPJを破壊し、それに伴ったマウス筋電図の変化を電気生理学的に検出することに成功している。同様にマカクサル内包におけるParanodal Junctionを破壊して、その効果を検証する計画である。今年度は、サルのNF155に対するsiRNA発現アデノ随伴ウイルスを作製し(小林)、それをサルの内包領域に注入してParanodal Junctionが破壊されるかどうかを確認し、その結果引き起こされる電気生理学的変化、および行動変化を解析する系を確立する。
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[Journal Article] The balance between Cathepsin C and Cystatin F controls remyelination in the brain of Plp1-overexpressing mouse, a chronic demyelinating disease model2017
Author(s)
Shimizu T, Wisessmith W, Li J, Abe M, Sakimura K, Chetsawang B, Sahara Y, Tohyama K, Tanaka KF, Ikenaka K.
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Journal Title
Glia
Volume: 65(6)
Pages: 917-930
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Ventrolateral striatal medium spiny neurons positively regulate food-incentive, goal-directed behavior independently of D1 and D2 selectivity2017
Author(s)
Natsubori A, Tsutsui-Kimura I, Nishida H, Bouchekioua Y, Sekiya H, Uchigashima M, Watanabe M, de Kerchove d'Exaerde A, Mimura M, Takata N, Tanaka KF.
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Journal Title
J Neurosci.
Volume: 37(10)
Pages: 2723-2733
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Dysfunction of ventrolateral striatal dopamine receptor type 2-expressing medium spiny neurons impairs instrumental motivation2017
Author(s)
Tsutsui-Kimura I, Takiue H, Yoshida K, Xu M, Yano R, Ohta H, Nishida H, Bouchekioua Y, Okano H, Uchigashima M, Watanabe M, Takata N, Drew MR, Sano H, Mimura M, Tanaka KF.
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Journal Title
Nat Communications
Volume: 8
Pages: 14304
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Astrocyte-mediated infantile-onset leukoencephalopathy mouse model2017
Author(s)
Sugio H, Tohyama K, Oku S, Fujiyoshi K, Yoshimura T, Hikishima K, Yano R, Fukuda T, Nakamura M, Okano H, Watanabe M, Fukata M, Ikenaka K, Tanaka KF.
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Journal Title
Glia
Volume: 65(1)
Pages: 150-168
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Physiological effects of a habituation procedure for functional MRI in awake mice using a cryogenic radiofrequency probe2016
Author(s)
Yoshida K, Mimura Y, Ishihara R, Nishida H, Komaki Y, Minakuchi T, Tsurugizawa T, Mimura M, Okano H, Tanaka KF, Takata N.
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Journal Title
J Neurosci Methods.
Volume: 274
Pages: 38-48
DOI
Peer Reviewed
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