2018 Fiscal Year Annual Research Report
Epigenetic regulation of developmental synapse elimination
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18H04012
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
狩野 方伸 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (40185963)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | シナプス刈り込み / 生後発達 / 小脳 / エピジェネティクス / マウス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、プルキンエ細胞の活動がどのような遺伝子発現を経てシナプス刈り込みを引き起こし、永続的な神経回路の変化として固定化されるのかを明らかにするために、エピジェネティック因子に注目した。プルキンエ細胞の活動によるヒストン修飾や、DNAのメチル化に関連する候補遺伝子を、発達期のマウス小脳のプルキンエ細胞においてノックダウンし、マウスを成長させた後に小脳スライスを作製して、登上線維シナプスを電気生理学的に解析した。プルキンエ細胞にシナプス結合する登上線維の本数とシナプス応答の特性を解析し、登上線維シナプス刈り込みに障害があるかを調べた。これまでに以下の研究を行った。
(1) プルキンエ細胞の活動によるヒストン修飾の役割
クラスIIヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)は静止状態では核内に存在し、MEF2 (Myocyte enhancer factor 2)の転写を抑制しているが、細胞内カルシウム濃度上昇によってリン酸化され、MEF2から解離して細胞質に移動する。するとMEF2による転写が起こり、多くの神経可塑性関連遺伝子の発現が起こる。4種類のMEF2のうち、Mef2cおよびMef2dのプルキンエ細胞特異的ノックダウンにおいて、登上線維シナプス刈り込みが障害されるという予備的結果を得た。また、クラスII HDACに関しては、複数のHDACを同時にプルキンエ細胞においてノックダウンした後に登上線維シナプスを解析した結果、Hdac5またはHdac9が登上線維シナプス刈り込みを促進する可能性が示唆された。
(2) プルキンエ細胞の活動によるDNAのメチル化の役割
DNAメチル化酵素のうちで、Dnmt1およびDnmt3bをプルキンエ細胞特異的にmiRNAによりノックダウンした場合に、いずれも登上線維シナプス刈り込みに障害がみられるという予備的結果を得た。
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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
(1) プルキンエ細胞の活動によるヒストン修飾の役割
既に、Mef2のスクリーニングを終了し、Mef2cとMef2dが登上線維シナプス刈り込みに関わる可能性が高いことを突き止めた。また、クラスII HDAC (HDAC4, 5, 6, 7, 9, 10)の 一次スクリーニングを行い、シナプス刈り込みに関与する可能性のあるものを、Hdac5またはHdac9の2つに絞り込んだ。当初計画では、この段階に至るのは令和元年度末であると想定していたので、研究は当初の計画以上に進展していると判断できる。
(2) プルキンエ細胞の活動によるDNAのメチル化の役割
こちらに関しても、DNAメチル化酵素のスクリーニングの結果、Dnmt1とDnmt3bが登上線維シナプス刈り込みに関わる可能性が示されており、研究は順調に進行していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
順調に研究が進展しており、ほぼ計画通りに研究を継続する。
(1) プルキンエ細胞の活動によるヒストン修飾の役割
引き続きMef2cとMef2dの登上線維シナプス刈り込みへの関与について解析を進め、それぞれの分子が、登上線維シナプス刈り込みにどのように関わるのかを明らかにする。さらに、プルキンエ細胞に発現するHAT (Kat1, 2a, 2b, 3a, 3b, 5, 6a, 6b, 7, 8, 9)のスクリーニングを行う。複数のHATを同時にプルキンエ細胞においてノックダウンし、異常がみられた場合には、個々のHATをノックダウンすることによって効果が得られることを確認し、登上線維シナプス刈り込みに関わるHATを同定する。
(2) プルキンエ細胞の活動によるDNAのメチル化の役割
Dnmt1およびDnmt3bのプルキンエ細胞特異的ノックアウトマウスの作製を進め、電気生理学的解析に着手する。
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[Presentation] Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle-mediated optogenetics2018
Author(s)
S. Chen, A. Z. Weitemier, X. Zeng, L. He, X. Wwang, Y. Tao, A. Huang, Y. Hashimotodani, M. Kano, H. Iwasaki, L. K. Parajuli, S. Okabe, D. Loong, A. H. All, I. Tsutsui-Kimura, K. F. Tanaka, X. Liu, T. J. Mchugh
Organizer
Society for Neuroscience
Int'l Joint Research
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[Presentation] Function of the adult-born neurons in memory consolidation during sleep2018
Author(s)
D. Kumar, I. Koyanagi, A. C. Ruiz, P. Vergara, Y. Sugaya, S. Srinivasan, M. Kasuya, T.-S. Yu, K. Vogt, M. Muratani, T. Ohnishi, S. Singh, C. M. Teixeira, P. Nondhalee, T. Naoi, T. J. Mchugh, S. G. Kernie, M. Kano, T. Ssakurai, M. Yanagisawa, M. Sakaguchi
Organizer
Society for Neuroscience
Int'l Joint Research
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