General mechanisms controlling development of cerebellar neural circuits in vertebrates

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04376
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 日比 正彦 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (40273627)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 小脳 / 神経回路形成 / ゼブラフィッシュ / 蛍光タンパク質 / 可視化 / 変異体 / 神経発生 / イメージング

Outline of Annual Research Achievements

（A)小脳神経回路特異的トランスジェニック（Tg）系統を用いた神経回路形成過程の解析
顆粒細胞特異的に転写活性化因子Gal4を発現するTg系統と、Tol1トランスポゾンを介したレポーター遺伝子導入技術を組み合わせることで、少数の顆粒細胞を標識した。その結果、ゼブラフィッシュの小脳には3種類の顆粒細胞が存在することを見出した。（１）前方の小脳体に存在する顆粒細胞の軸索は、表層（分子層）でT字型に分枝し平行線維を形成し、プルキンエ細胞に投射する（哺乳類型小脳神経回路）。（２）顆粒隆起（側方）の顆粒細胞の軸索は、T字型に分岐するが、片方は同側性後方に投射し後脳でCrest細胞にシナプスを形成し、もう一方は対側性に軸索を投射するが、小脳内ではプルキンエ細胞に、後脳ではCrest細胞に投射する。（３）尾葉の顆粒細胞の軸索は、同側性のプルキンエ細胞およびCrest細胞に投射する、ことを見出した。
（B）小脳神経回路形成を制御する分子メカニズムの解明
（１）IV型コラーゲンcol4a6遺伝子のゼブラフィッシュ変異体を解析することで、Col4a6とCol4a5のタンパク質三量体が中枢神経組織を覆う基底膜の形成に関与していること、その基底膜が顆粒細胞の軸索走行を制御する上で重要な役割を演じていることを見出した。（２）免疫グロブリンスーパーファミリータンパク質Contactin1bのメダカおよびゼブラフィッシュ変異体を作製・解析し、Contactin1bが、魚の遊泳行動をつかさどる神経回路の形成に関与する可能性を見出した。（３）RNA seq解析により、顆粒細胞、プルキンエ細胞、下オリーブ核ニューロン、およびその神経前駆細胞に発現する遺伝子の網羅的解析を行った。さらに、これらの内、神経分化および神経回路形成に関与する可能性のある遺伝子に関して変異体を作製した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

変異体の作製に、予想より時間がかかり、解析に少し遅れがでた。

Strategy for Future Research Activity

すでに単離・作製した変異体に関しては、小脳神経回路マーカーおよび小脳神経回路を可視化するトランスジェニック系統等を用いて解析を進め、小脳神経回路形成を制御する分子メカニズムを解明する。

Research Products

• [Journal Article] Type IV Collagen Controls the Axogenesis of Cerebellar Granule Cells by Regulating Basement Membrane Integrity in Zebrafish. (2015)
  • Author(s): Takeuchi M, Yamaguchi S, Yonemura S, Kakiguchi K, Sato Y, Higashijima T, Shimizu T, Hibi M.
  • Journal Title: PLoS Genetics Volume: 11 Pages: e1005587
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1005587
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] PRMT8 as a phospholipase regulates Purkinje cell dendritic arborization and motor coordination. (2015)
  • Author(s): Kim JD, Park KE, Ishida J, Kako K, Hamada J, Kani S, Takeuchi M, Namiki K, Fukui H, Fukuhara S, Hibi M, Kobayashi M, Kanaho Y, Kasuya Y, Mochizuki N, Fukamizu A.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 1 Pages: e1500615
  • DOI: 10.1126/sciadv.1500615
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 真骨魚類に見る小脳の進化と発生 (2016)
  • Author(s): 日比正彦、竹内未紀、山口信悟、松田光司、原雄一郎、榊原考将、工樂樹洋、吉田将之、清水貴史
  • Organizer: 第121回日本解剖学会総会
  • Place of Presentation: 郡山市、福島
  • Year and Date: 2016-03-28 – 2016-03-30
  • Invited
• [Presentation] Roles of zebrafish cerebellar neural circuitry in classical fear conditioning. (2015)
  • Author(s): Matsuda K, Yoshida M, Asakawa K, Ohkura M, Nakai J, Kawakami K, Hibi M, Shimizu T.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸市、兵庫
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] A nuclear protein Cfdp1 regulates differentiateon of granule cells in zebrafish cerebellum. (2015)
  • Author(s): Shimizu T, Kani S, Bae YK, Sun X, Hibi, M.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸市、兵庫
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Transcriptome analysis of granule cells and Purkinje cells in zebrafish cerebellum. (2015)
  • Author(s): Takeuchi M, Yamaguchi S, Hayashi T, Sakakibara Y, Matsuda K, Hara Y, Hayashi T, Kuraku S, Shimizu T, Hibi M.
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸市、兵庫
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Evolution and development of cerebellar neural circuitry in teleosts. (2015)
  • Author(s): Hibi M, Takeuchi M, Yamaguchi S, Matsuda K, Hayashi T, Hara Y, Hayashi T, Sakakibara Y, Yoshida M, Kuraku S, Shimizu M.
  • Organizer: 第48回日本発生生物学会大会
  • Place of Presentation: つくば市、茨城
  • Year and Date: 2015-06-02 – 2015-06-05
• [Presentation] Integrity of basement membrane is important for axogenesis of cerebellar granule cells. (2015)
  • Author(s): Takeuchi M, Yamaguchi S, Hayashi T, Yonemura S, Hara Y, Hayashi T, Kuraku S, Shimizu T, Hibi M.
  • Organizer: 第48回日本発生生物学会大会
  • Place of Presentation: つくば市、茨城
  • Year and Date: 2015-06-02 – 2015-06-05
• [Presentation] A nuclear protein Cfdp1 regulates differentiateon of granule cells in zebrafish cerebellum. (2015)
  • Author(s): Shimizu T, Kani S, Bae YK, Sun X, and Hibi M.
  • Organizer: 第48回日本発生生物学会大会
  • Place of Presentation: つくば市、茨城
  • Year and Date: 2015-06-02 – 2015-06-05
• [Presentation] Formation and function of cerebellar neural circuitry. (2015)
  • Author(s): Hibi M.
  • Organizer: Zebrafish Systems Biology Workshop
  • Place of Presentation: Ashburn, Virginia, USA
  • Year and Date: 2015-04-23 – 2015-04-24
  • Int'l Joint Research / Invited