Elucidation of genetic program controlling cerebellar neural circuit formation

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H02448
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 日比 正彦 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (40273627)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 発生・分化 / 神経科学 / 脳・神経 / 遺伝学 / 遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

プルキンエ細胞は、小脳機能において重要な役割を果たす主要なGABA作動性ニューロンである。これまでの研究により、プルキンエ細胞はプロニューラル遺伝子ptf1aやneurogenin1を発現する神経前駆細胞から分化することが明らかにされている。また私達は、プルキンエ細胞にはFoxp, Skor, Lhx, Rorファミリーなどの転写制御因子が発生過程で発現していることをこれまでに明らかにしている。今年度は、ptf1a;neurogenin1変異体の小脳では、skor1b/2, foxp1b/4, lhx1a, rorbの発現が減少あるいは消失していることを明らかにし、これら転写制御因子がPtf1aやNeurogenin1の下流で機能していることを明らかにした。また、ptf1a;neurogenin1変異体では、GABA作動性介在ニューロンのマーカーであるpax2と広い樹状突起細胞（ゼブラフィッシュ小脳の投射ニューロン）のマーカーであるolig2の発現も減少しており、これらのニューロンの発生もPtf1a/Neurogenin1に依存することが示された。CRISPR/Cas9法により作製した、foxp1b;foxp4二重変異体、lhx1a;lhx1b;lhx5三重変異体はプルキンエ細胞が著しく減少し、skor1b;skor2二重変異体ではプルキンエ細胞が完全に欠如している代わりに顆粒細胞が著しく増加することを見出した。これらの結果は、Foxp1b/4、Skor1b/2、Lhx1a/1b/5がPC分化の初期段階において重要な転写制御因子として機能し、Skor1b/2は顆粒細胞への分化転換を抑制することによりプルキンエ細胞の分化を制御することを示している。本解析により、転写制御因子ネットワークによるプルキンエ細胞分化を制御機構の一端が明らかになった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Morphological analysis of the cerebellum and its efferent system in a basal actinopterygian fish, Polypterus senegalus (2022)
  • Author(s): Takanori Ikenaga, Rinko Shimomai, Hanako Hagio, Satoru Kimura, Kazumasa Matsumoto, Dai-Ichiro Kato, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Naoyuki Yamamoto , Masahiko Hibi
  • Journal Title: Journal of Comparative Neurology Volume: 530 Pages: 1231~1246
  • DOI: 10.1002/cne.25271
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of Cerebellar Neural Circuits in Active Avoidance Conditioning in Zebrafish (2021)
  • Author(s): Wataru Koyama, Ryo Hosomi, Koji Matsuda, Koichi Kawakami, Masahiko Hibi, Takashi Shimizu
  • Journal Title: eNeuro Volume: 8 Pages: ENEURO.0507-20
  • DOI: 10.1523/ENEURO.0507-20.2021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cfdp1 controls the cell cycle and neural differentiation in the zebrafish cerebellum and retina (2021)
  • Author(s): Tsubasa Itoh, Shinsuke Inoue, Xiaoding Sun, Ryo Kusuda, Masahiko Hibi, Takashi Shimizu
  • Journal Title: Developmental Dynamics Volume: 250 Pages: 1618~1633
  • DOI: 10.1002/dvdy.371
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Maintenance of quiescent oocytes by noradrenergic signals (2021)
  • Author(s): Jeongho Kim, Moonjung Hyun, Masahiko Hibi, Young-Jai You
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Pages: 6925
  • DOI: 10.1038/s41467-021-26945-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular Properties of New Enzyme Rhodopsins with Phosphodiesterase Activity (2020)
  • Author(s): Masahiro Sugiura, Satoshi P Tsunoda, Masahiko Hibi, Hideki Kandori
  • Journal Title: ACS Omega Volume: 5 Pages: 10602～10609
  • DOI: 10.1021/acsomega.0c01113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functionally distinct Purkinje cell types show temporal precision in encoding locomotion (2020)
  • Author(s): Weipang Chang, Andrea Pedroni, Victoria Hohendorf, Stefania Giacomello, Masahiko Hibi, Reinhard W. Koster, Konstantinos Ampatzis
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 117 Pages: 17330～17337
  • DOI: 10.1073/pnas.2005633117
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gsx2 is required for specification of neurons in the inferior olivary nuclei from Ptf1a-expressing neural progenitors in zebrafish (2020)
  • Author(s): Tsubasa Itoh, Miki, Takeuchi, Marina Sakagami, Kazuhide Asakawa, Kenta Sumiyama, Koichi Kawakami, Takashi Shimizu, Masahiko Hibi
  • Journal Title: Development Volume: 147 Pages: dev190603
  • DOI: 10.1242/dev.190603
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Role of transcription factors Skor1b/2 and Foxp1b/4 in differentiation of Purkinje cells in zebrafish (2021)
  • Author(s): Itoh, T., Yura, S., Nakanishi, A., Uehara, M., Shimizu, T., Hibi, M.
  • Organizer: 第54回 日本発生生物学学会年会
• [Presentation] Molecular mechanisms of Purkinje cell differentiation mediated by transcriptional regulators (2021)
  • Author(s): Uehara, M., Itoh., T., Yura, S., Nakanishi, A., Shimizu, T., Hibi, M.
  • Organizer: The 27th Japanese Medaka and Zebrafish Meeting
• [Presentation] Molecular mechanisms that control differentiation of Purkinje cells in zebrafish (2020)
  • Author(s): Itoh, T., Yura, S., Nakanishi, A., Uehara, M., Shimizu, T., Hibi, M.
  • Organizer: The 26th Japanese Medaka and Zebrafish Meeting