2020 Fiscal Year Annual Research Report
小脳各種神経細胞の個性獲得および分化の分子機構の解明
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18H02538
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| Research Institution | National Center of Neurology and Psychiatry |
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Principal Investigator |
星野 幹雄 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 病態生化学研究部, 部長 (70301273)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 小脳発生 / 神経回路 / 顆粒細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、小脳をモデル系として、神経前駆細胞（小脳の場合には顆粒細胞前駆細胞）が適切な時期に増殖を止めて、神経細胞（本研究では顆粒細胞）へと分化 するしくみの解明を目指している。このしくみがうまくいかないと、小脳形成不全症となったり、あるいは顆粒細胞由来の癌である髄芽腫となってしまうため、 その理解はとても大切である。顆粒細胞前駆細胞から顆粒細胞への神経分化については、多角的に解析している。まず、(i)転写因子MEIS1には、ホメオドメインを持たないアイソフォーム（MEIS1-HdL）があり、それがATOH1タンパク質の分解を阻害することで小脳顆粒細胞前駆細胞の未分化性を維持することで小脳発生に関わることを見出した（投稿中）。(ii)顆粒細胞前駆細胞には未分化なAT+GCPsと少し分化したND+GCPsが存在し、AT+GCPs→顆粒細胞という直接神経発生と、AT+GCPs→ND+GCPs→顆粒細胞という間接神経発生があることを見出し、それを、シングルセルRNA-Seqの解析からも確認した。また、その間接経路を担う遺伝子モデュール抽出に成功した。(iii)さらにライムラプス顕微鏡を使って直接経路及び間接経路の細胞分裂及び移動様式を観察し、その動体を明らかにした。(iv)また、Meis1遺伝子の小脳特異的cKOマウスから、single cell RNA-seqを行い、そのデータを詳細に調べることで、小脳発生におけるMEIS1の多様な機能とそれが失われた時の表現型について明らかにする予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
小脳の顆粒細胞前駆細胞から顆粒細胞への神経分化について、多角的に研究し、今までに3報出版し、1報を投稿中、２報を投稿準備中だからである。出版したものとしては、(1)タンパク質分解系であるSCF複合体が、p27という細胞周期の停止に関わるタンパク質の分解に関わること、その結果として分化が抑制されること、を明らかにした研究成果、(2)細胞増殖を促進することが知られていたサイクリン D1が、未分化性を担保するATOH1タンパク質の分解を抑制することで顆粒細胞前駆細胞の未分化性の維持にも関わっていることを明らかにした研究成果、(3)組織の発生分化に関わることが知られていたノッチシグナルが、顆粒細胞前駆細胞においても働いていること、そしてその未分化性の維持に関わっていること、を明らかにした研究成果、である。投稿中の成果は、様々な腫瘍で働くことが知られている転写因子Meis1であるが、実は転写制御以外の機能を持ち、それが小脳顆粒細胞前駆細胞の未分化性の維持に関わることを示した研究成果である。投稿準備中の成果は、MEIS1のバーグマングリアにおける発現が、バーグマングリアの生存、成熟に関わるだけでなく、さらに間接的に小脳構造全体の形成に関わる、という研究成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在投稿中の論文について、適切にリバイズする等で受理にまで持っていく。シングルセルRNA-seq解析をさらに精力的に行い、小脳の各
上記の研究を遂行することで、さらに顆粒細胞前駆細胞から顆粒細胞への分化制御機構を明らかにし、さらにその機構が、他の神経細胞の発生機構にも適用できるかどうか、検証する。特に、ドライ解析で抽出された直接経路と間接経路のそれぞれに特異的な遺伝子モデュールについて、それらが本当にそれぞれの経緯に特異的なのかどうかについて免疫染色などによって確認する。その上で、それぞれの遺伝子をノックダウン、強制発現するなどして、直接経路、間接経路の比率が変化するかどうかについて検証する。さらに、大脳、中脳への遺伝子導入によって、小脳と同様な経路変化がもたらされるかどうかについても検証する。
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[Journal Article] AUTS2 governs cerebellar development Purkinje cell maturation, motor function and social communication.2020
Author(s)
1.Yamashiro K, Hori K, Esther L, Aoki R, Shimaoka K, Arimura N, Egusa SF, Sakamoto A, Abe M, Sakimura K, Watanabe T, Uesaka N, Kano M, Hoshino M
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Journal Title
iScience
Volume: 23
Pages: 101820
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] DSCAM regulates delamination of neurons in the developing midbrain.2020
Author(s)
3.Arimura N, Okada M, Taya S, Dewa KI, Tsuzuki A, Uetake H, Miyashita S, Hashizume K, Shimaoka K, Egusa S, Nishioka T, Yanagawa Y, Yamakawa K, Inoue YU, Inoue T, Kaibuchi K, Hoshino M
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Journal Title
Science Advances
Volume: 6
Pages: eaba1693
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] AUTS2 Regulation of Synapses for Proper Synaptic Inputs and Social Communication.2020
Author(s)
4.Hori K, Yamashiro K, Nagai T, Shan W, Egusa SF, Shimaoka K, Kuniishi H, Sekiguchi M, Go Y, Tatsumoto S, Yamada M, Shiraishi R, Kanno K, Miyashita S, Sakamoto A, Abe M, Sakimura K, Sone M, Sohya K, Kunugi H, Wada K, Yamada M, Yamada K, Hoshino M
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Journal Title
iScience
Volume: 23
Pages: 101183
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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