2016 Fiscal Year Research-status Report
精緻な神経回路を作る、個々のニューロン識別機構（国際共同研究強化）
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15KK0331
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
金子 涼輔 群馬大学, 大学院医学系研究科, 助教 (40390695)
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| Project Period (FY) |
2016 – 2017
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| Keywords | プロトカドヘリン / 小脳 / 遺伝子改変マウス / オランダ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニューロンは適切なパートナーを識別して神経ネットワークを作る。しかし、個々のニューロンを識別する分子メカニズムには不明な点が多い。私たちは、個々のニューロンごとに異なるプロトカドヘリン(Pcdh、細胞接着分子)が発現する事を見出した(Nat Genet, 2005, JBC, 2006など)。現在、本知見を基にした仮説「同じPcdhを発現するニューロン同士で神経回路を作る」の検証を進めている。具体的には、マウス小脳をモデル解析系とし以下(i)(ii)(iii)を検討している。(i)Pcdh欠損により神経回路が異常になるか？ (ii)Pcdh欠損により脳機能が異常になるか？ (iii)神経回路を構成するニューロン群におけるPcdh発現は同一か？本年度の本国際共同研究では、下述のように上記(ii)(iii)が大きく進展した。
上記(ii)Pcdh欠損により脳機能が異常になるか？を精査した。これまでに小脳のほぼ全てのニューロンにおいてPcdhを欠損させたマウスでは瞬目条件付け反射学習には異常が無いことがわかっていた。そこで、本欠損マウスの運動学習能を調べたところ、運動学習能の低下を認めた。次いで、運動学習にPcdhが必要なニューロンタイプの同定を試みた。そのため、新たな遺伝子改変マウス（細胞種特異的Pcdh欠損マウス）を作製し、これらの小脳機能を調べた。その結果、顆粒細胞におけるPcdhが運動学習に関わる可能性が示唆された。また、上記(iii)神経回路を構成するニューロン群におけるPcdh発現は同一か？にて必要となるPcdh発現細胞可視化マウス（蛍光タンパク質ノックインマウス）の作製・解析が順調に進んだ。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度の本国際共同研究では、下述のように課題(ii)(iii)が大きく進展した。これが「当初の計画以上に進展している」の理由である。
課題(ii)Pcdh欠損により脳機能が異常になるか？は以下のごとく進展した。これまでに小脳のほぼ全てのニューロンにおいてPcdhを欠損させたマウスでは瞬目条件付け反射学習能には異常がないことがわかっていた。そこで本年度は、まず小脳におけるPcdhが運動学習に必要か否かを調べた。その結果、本欠損マウスでは運動学習能が低下していた。次いで、運動学習においてPcdhが必要なニューロンタイプの同定を試みた。そのため、新たな遺伝子改変マウス（細胞種特異的Pcdh欠損マウス）を作製し、これらの小脳機能を調べた。まず、プルキンエ細胞特異的Pcdh欠損マウスが完成したため本マウスの運動学習能を調べたところ、ほぼ正常であった。ついで、少数ながら得られた顆粒細胞特異的Pcdh欠損マウスを用いて予備的に解析した。その結果、運動学習能の低下が見られた。
課題(iii)神経回路を構成するニューロン群におけるPcdh発現は同一か？にて必要となるPcdh発現細胞可視化マウス（蛍光タンパク質ノックインマウス）の作製・解析が順調に進んだ。まず、Pcdhb3-tdTomatoマウスを用いて、小脳におけるtdTomato発現パターン（すなわち、Pcdhb3発現パターン）を解析した。脳透明化法を用いて３次元的にtdTomato発現パターンを解析したところ、tdTomato発現パターンは個体ごとに異なることが判明した。つまり、Pcdhは脳の個別化・個性化に関わる可能性がある。また、PcdhgへのGFPノックインマウスも得られた。本マウス脳を組織学的に解析した結果、GFP蛍光が認められた。今後は、本マウスにおけるGFP発現がPcdhg発現と相関するのか調べる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、2016年度に得られた結果を足がかりとして研究を大きく推進させる。具体的には、顆粒細胞特異的Pcdh欠損マウスにて見いだした「運動学習能の低下」をより精査する。そのため、以下の方策を取る。（１）共同研究体制の強化、（２）実験の深化。（１）研究体制面では、顆粒細胞での運動学習メカニズムを精力的に調べているMartijn Schonewille准教授（オランダ・エラスムス医療センター）にも共同研究メンバーに加わっていただき、顆粒細胞におけるPcdh機能を集中的に調べる。（２）実験面では、顆粒細胞特異的Pcdh欠損マウスの運動学習能を精査することに加えて、小脳機能の別側面となる協調運動機能および時間学習能も調べる。具体的にはChris De Zeeuw教授が得意とするErasmus Ladder試験ならびに瞬目条件付け反射学習試験を顆粒細胞特異的Pcdh欠損マウスに対して行う。また、顆粒細胞特異的Pcdh欠損マウスの小脳を組織学的に調べる。
課題(iii)神経回路を構成するニューロン群におけるPcdh発現は同一か？では、上記課題(ii)の結果も踏まえて、顆粒細胞が作る神経回路におけるPcdh発現を調べる。この際には作製したPcdh発現細胞可視化マウスを用いる。
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[Journal Article] Distinct and Cooperative Functions for the Protocadherin-α, -β and -γ Clusters in Neuronal Survival and Axon Targeting.2016
Author(s)
Hasegawa S, Kumagai M, Hagihara M, Nishimaru H, Hirano K, Kaneko R, Okayama A, Hirayama T, Sanbo M, Hirabayashi M, Watanabe M, Hirabayashi T, Yagi T
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Journal Title
Front Mol Neurosci
Volume: 9
Pages: 155
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Establishment of high reciprocal connectivity between clonal cortical neurons is regulated by the Dnmt3b DNA methyltransferase and clustered protocadherins.2016
Author(s)
Tarusawa E, Sanbo M, Okayama A, Miyashita T, Kitsukawa T, Hirayama T, Hirabayashi T, Hasegawa S, Kaneko R, Toyoda S, Kobayashi T, Kato-Itoh M, Nakauchi H, Hirabayashi M, Yagi T, Yoshimura Y.
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Journal Title
BMC Biol.
Volume: 14
Pages: 103
Peer Reviewed / Open Access
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