小脳をモデルにｉｎ ｖｉｖｏで解き明かす、神経回路形成のシナプスを介した制御機構

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K07001
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 竹尾 ゆかり 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特別研究員(PD) (90624320)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: プルキンエ細胞 / 樹状突起 / 登上線維 / 平行線維 / 小脳 / 神経活動

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、発達中の神経活動依存的な神経回路形成の分子機構を理解するため、シナプスによる神経活動が、その投射元である軸索の形態、および、投射先である樹状突起の形態、それぞれの形成に及ぼす役割を解明することを目的とする。この目的のために本研究では、小脳プルキンエ細胞へのシナプス入力に着目した。
当該年度の研究においては、プルキンエ細胞へ投射する主な興奮性入力を担うふたつの軸索、平行線維あるいは登上線維が、シナプス形成を介して、プルキンエ細胞の樹状突起形成をどのように制御するかを解明した。登上線維およびプルキンエ細胞へ同時に別々の蛍光蛋白質をin vivoで発現させ、生後8日前後に、プルキンエ細胞が短い複数の樹状突起を1本のみ残して退縮させる過程で、登上線維が樹状突起へどのように相互作用しその形成を制御するのか、2光子顕微鏡を用いたライブイメージングおよび固定標本の観察によって解析した。すると、この時期、登上線維軸索はプルキンエ細胞の細胞体に投射するのにとどまり、まだ樹状突起へは投射していないことが明らかになった。つまり樹状突起が1本化する過程は樹状突起ごとの登上線維入力によって制御されるわけではないことがわかった。
また、プルキンエ細胞へのもうひとつの主な興奮性入力元である平行線維について、そのプルキンエ細胞樹状突起形成への影響を、平行線維シナプス形成不全マウスであるCbln1ノックアウトマウスの解析により検討した。すると、平行線維シナプスは生後14日目以降にプルキンエ細胞樹状突起の正常な形態に必要であることが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画では、プルキンエ細胞および投射軸索の形態変化、さらにシナプスや神経活動の変化の過程をライブイメージングや固定標本の観察によって明らかにすることを目的とした。一方、実際に発達中の登上線維の観察を行ったところプルキンエ細胞樹状突起への投射は予想より遅い時期に起きることが明らかになった。そこで次年度に計画していた平行線維の樹状突起形成への影響検討を前倒しして本年度に行い、平行線維シナプス入力の影響も予想より遅い時期に起きることを明らかにした。このように当初の計画と比べて実際の研究遂行には変更があった。しかし本研究目的に則した研究成果が得られており、本年度の成果を生かすことで次年度以降の検討をより効率的に行うことができると期待できる。従って、おおむね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

今年度の研究成果から、シナプス形成が回路形成を制御しうる時期が明らかになった。今後はこの時期に着目して、軸索および樹状突起の形態変化過程をライブイメージングにより解明する。また、当初の研究計画に従って、次年度においては登上線維と平行線維のシナプス形成不全遺伝子変異マウスを用いて、シナプス形成とそれによる回路形成の制御機構を解明する。

Causes of Carryover

実際の研究結果を考慮して、その後の研究をより効率的に遂行するため、当初の研究計画を一部変更した。そのため、本年度に計画していた組換えウイルスや組み換えマウスを使った研究は次年度に変更することとした。また、これらの研究計画変更に伴い、次年度以降により大きな研究成果が得られることが期待されるため、今年度は学会発表を行わず、次年度に行いたいと考えた。そのため次年度使用額が発生した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

組換えウイルスの作成、各種遺伝子改変マウスの飼育とイメージング解析に使用するほか、学会等による研究成果報告に使用する。

Research Products

• [Journal Article] MTCL1 plays an essential role in maintaining Purkinje neuron axon initial segment. (2017)
  • Author(s): Tomoko Satake, Kazunari Yamashita, Kenji Hayashi, Satoko Miyatake, Miwa Tamura‐Nakano, Hiroshi Doi, Yasuhide Furuta, Go Shioi, Eriko Miura, Yukari H Takeo, Kunihiro Yoshida, Hiroyuki Yahikozawa, Naomichi Matsumoto, Michisuke Yuzaki, Atsushi Suzuki
  • Journal Title: The EMBO journal Volume: 36 Pages: 1227-1242
  • DOI: 10.15252/embj.201695630
  • Peer Reviewed