2019 Fiscal Year Annual Research Report
遺伝子発現の光操作技術を用いた神経幹細胞の制御機構の解析
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18H02449
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
今吉 格 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (60543296)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 神経幹細胞 / 神経発生 / ニューロン新生 / 光遺伝学 / ライブイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は、転写制御因子や細胞シグナル経路の、ダイナミックな発現や活性化状態の変化に着目し、それらの挙動をリアルタイムイメージング技術によって可視化するとともに、遺伝子発現の光操作技術を用いて人工的に摂動を加えること可能な実験系を構築してきた。このような技術を利用して、培養神経幹細胞だけでなく、発生期胎児脳や、成体脳に存在する内在性の神経幹細胞のイメージングや光操作を行うことで、神経幹細胞を制御する転写因子ネットワークの全容解明を目指す。哺乳類の脳神経系は、ニューロンやグリア細胞が複雑かつ精緻なネットワーク構造を形成し、高次脳機能を制御している。そのためには、発生・発達期において、神経幹細胞から、ニューロンやグリア細胞が秩序立って産生される必要がある。また、神経幹細胞は成体脳にも存在し、ニューロンを新生することで、様々な脳機能の維持や最適化に関与していることが明らかになっている。このように神経幹細胞は、発生・発達期だけでなく、成体脳においても、細胞分裂・細胞分化・休眠状態が厳密に制御されている必要があると考えられる。本年度は、脳内の神経幹細胞の挙動や遺伝子発現動態を、ライブイメージング技術を用いて可視化し、転写制御因子や細胞シグナル経路の、ダイナミックな発現や活性化状態の変化が、どのような機能的意義を担っているかについて、研究を継続した。さらに、光作動性転写因子の開発を進展させて、多色光による制御や、脳深部に存在する神経幹細胞を光操作する技術の開発を進展させた。今後、成体脳神経幹細胞の制御が破綻した際に、脳機能の成熟や維持について、どのような影響がみられるのかについて解析を継続する。
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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
脳内の神経幹細胞の挙動や遺伝子発現動態を、ライブイメージング技術を用いて可視化し、Ascl1やHes1などの転写制御因子のダイナミックな発現や活性化状態の変化が、どのような機能的意義を担っているかについて、新たな知見を得ることに成功し、原著論文発表や総説論文発表を行った。また、光作動性転写因子の開発においても、予想以上の進展が見られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究において、bHLH型転写因子の振動発現の重要性に着目し、神経幹細胞が多分化能と自己複製能の両立をどのように実現するのかについての本質的な回答を与えることができたと考えている。しかしながら、我々が提唱しているbHLH型転写因子の振動発現による幹細胞の制御機構が、発生中の脳組織において実際にどのように機能しているかについては不明な点が多い。そのために、脳スライス標本や脳オルガノイドなどの三次元立体組織中の神経幹細胞のイメージング技術や光操作技術の開発を継続する。また、これまでは神経幹細胞の維持とニューロン分化運命決定に関与するbHLH型転写因子に特に着目して研究を行ってきたが、アストロサイトの分化に重要な転写因子、オリゴデンドロサイトの分化に重要な転写因子などについても、その発現ダイナミクスの定量と意義の検証実験を行い、神経幹細胞に存在する転写因子の振動ネットワークの全容解明を目指す。また、次世代シークエンス技術を用いた、ライブイメージングと光操作と相補的な手法によっても、研究を進める。
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[Journal Article] Light-induced silencing of neural activity in Rosa26 knock-in and BAC transgenic mice conditionally expressing the microbial halorhodopsin eNpHR3.2020
Author(s)
*Imayoshi, I., Tabuchi, S., Matsumoto, M., Kitano, S., Miyachi, H., *Kageyama, R. and Yamanaka, A.
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Journal Title
Sci Rep.
Volume: 10
Pages: 3191
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Enhanced lysosomal degradation maintains the quiescent state of neural stem cells.2019
Author(s)
Kobayashi, T., Piao, W., Takamura, T., Kori, H., Miyachi, H., Kitano, S., Iwamoto, Y., Yamada, M., Imayoshi, I., Shioda, S., Ballabio, A. and Kageyama, R.
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Journal Title
Nat Commun.
Volume: 10
Pages: 5446
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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