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2018 Fiscal Year Research-status Report

大脳皮質の脳回形成を司る分子シグナル経路の解明

Research Project

Project/Area Number 18K14812
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

松本 直之  金沢大学, 医学系, 助教 (20774756)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Keywordsフェレット / 大脳皮質 / 脳回 / FGFシグナル / 高等哺乳動物
Outline of Annual Research Achievements

ヒトのような高等哺乳動物にみられる大脳皮質の脳回は、大脳皮質の拡大と高次脳機能の獲得に重要と考えられているが、脳回形成の分子機構についてはほとんど明らかになっていない。我々の研究室ではこれまでに、脳回をもつ高等哺乳動物フェレットの大脳皮質への遺伝子操作技術を確立し、その技術を用いて線維芽細胞増殖因子(FGF)シグナルの活性化が脳回形成に十分であることを明らかにしてきた。そこで本研究課題ではまず、脳回形成における内在的なFGFシグナルの重要性を検証した。フェレットの大脳皮質に優性不能型FGF受容体を発現させた結果、脳回形成が阻害されたことからFGFシグナルが脳回形成に必要であることがわかった。さらに組織レベルでの解析を行った結果、優性不能型FGF受容体により高等哺乳動物に特徴的な神経前駆細胞(oRG)が減少していたことから、oRGが脳回形成に重要である可能性が考えられた。今後、多種類存在するFGFリガンド、FGF受容体のなかでどのリガンドと受容体が脳回形成に重要なのかを検証するために、1)脳回形成時期のフェレット大脳皮質におけるFGFリガンドとFGF受容体の発現の解析を行い、2)これらの候補遺伝子に対するCRISPR/Cas9をフェレット大脳皮質に導入し、脳回形成に必要な特定のFGF経路を解明する。さらに3)脳回形成に重要であることが分かったFGFのマウスでの発現分布を解析する。もしフェレットで発現が見られマウスでは発現が見られなければ、その発現変化が進化的に脳回獲得に至る鍵となるステップである可能性がある。そのような分子についてはマウスで過剰発現し、本来脳回がないマウス大脳皮質で脳回形成が起こるか検証する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

現在までに、フェレットの大脳皮質に優性不能型FGF受容体を発現させた結果、脳回形成が阻害されたことからFGFシグナルが脳回形成に必要であることがわかった。さらに組織レベルでの解析を行った結果、優性不能型FGF受容体により高等哺乳動物に特徴的な神経前駆細胞(oRG)が減少していたことから、oRGが脳回形成に重要である可能性が考えられた。さらにフェレット大脳皮質に発現しているFGFリガンド、FGF受容体を同定するために、in situ hybridization用のprobeの作成が完了している。また、どのFGFリガンド、FGF受容体が脳回形成に重要か検討するためのCRISPR/Cas9コンストラクトの作成も開始している。当研究室ではすでに、フェレット大脳皮質にCRISPR/Cas9を導入することにより、遺伝子ノックアウトができることを報告しており、CRISPR/Cas9を用いたFGFリガンド、FGF受容体の機能解析を行う準備は既に万全である。

Strategy for Future Research Activity

今後、多種類存在するFGFリガンド、FGF受容体のなかでどのリガンドと受容体が脳回形成に重要なのかを検証するために、脳回形成時期のフェレット大脳皮質におけるFGFリガンドとFGF受容体の発現の解析を行い、これらの候補遺伝子に対するCRISPR/Cas9をフェレット大脳皮質に導入し、脳回形成に必要な特定のFGF経路を解明する。続いて、脳回形成に重要であることが分かったFGFのマウスでの発現分布を解析する。もしフェレットで発現が見られマウスでは発現が見られなければ、その発現変化が進化的に脳回獲得に至る鍵となるステップである可能性がある。そのような分子についてはマウスで過剰発現し、本来脳回がないマウス大脳皮質で脳回形成が起こるか検証する。

Causes of Carryover

動物購入費を計上している。さらに動物維持費としてエサや床敷き購入費用を見込んでいる。それに加え、常時使用する試薬、免疫染色用の抗体、遺伝子工学キット(Miniprep, Maxiprep, TA cloning, DIG labeling kit など)、酵素類(Taq, RNA polymerase など)、プラスチック器具(プレート、チップ、シリンジ、ディッシュなど)を購入する。

  • Research Products

    (6 results)

All 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Pathophysiological analyses of leptomeningeal heterotopia using gyrencephalic mammals2018

    • Author(s)
      Matsumoto Naoyuki、Kobayashi Naoki、Uda Natsu、Hirota Miwako、Kawasaki Hiroshi
    • Journal Title

      Human Molecular Genetics

      Volume: 27 Pages: 985~991

    • DOI

      10.1093/hmg/ddy014

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Visualization of Thalamocortical Axon Branching and Synapse Formation in Organotypic Cocultures2018

    • Author(s)
      Matsumoto Naoyuki、Yamamoto Nobuhiko
    • Journal Title

      Journal of Visualized Experiments

      Volume: 133 Pages: e56553

    • DOI

      10.3791/56553

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Distribution and Morphological Features of Microglia in the Developing Cerebral Cortex of Gyrencephalic Mammals2018

    • Author(s)
      Mizuguchi Keishi、Horiike Toshihide、Matsumoto Naoyuki、Ichikawa Yoshie、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
    • Journal Title

      Neurochemical Research

      Volume: 43 Pages: 1075~1085

    • DOI

      10.1007/s11064-018-2520-0

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Gyrification of the cerebral cortex requires FGF signaling in the mammalian brain2019

    • Author(s)
      Naoyuki Matsumoto
    • Organizer
      New frontier in Neuroscience
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gyrification of the cerebral cortex requires FGF signaling in the mammalian brain2018

    • Author(s)
      Naoyuki Matsumoto
    • Organizer
      The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gyrification of the cerebral cortex requires FGF signaling in the mammalian brain2018

    • Author(s)
      Naoyuki Matsumoto
    • Organizer
      22nd Biennial Meeting of the International Society for Developmental Neuroscience
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-12-27  

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