2022 Fiscal Year Final Research Report

Analysis of neuron migration mechanism using brain microspace reproduced by new materials and microfabrication technology

Research Project

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Project/Area Number	18KK0212
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 46:Neuroscience and related fields
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	Kengaku Mineko 京都大学, 高等研究院, 教授 (10303801)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	宇都甲一郎国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 独立研究者 (30597034) 中澤直高京都大学, 高等研究院, 特定助教 (90800780)
Project Period (FY)	2018-10-09 – 2023-03-31
Keywords	メカノバイオロジー / マイクロファブリケーション / ニューロン移動 / 神経発生 / 細胞骨格 / ライブイメージング
Outline of Final Research Achievements	Newly born neurons migrate in crowded brain tissue to their individual sites of function in the developing cortex. This study explored the mechanism by which neurons sense the local physical environment and generate cytoskeletal force to pass through the confined 3-dimentional space. We organized an interdisciplinary team to elucidate the novel mechanism of neuronal migration. We designed micropatterned substrates mimicking the size and geometry of interstitial space of the developing brain tissue and observed cytoskeletal dynamics during confined migration at a high spatiotemporal resolution. Pharmacological and molecular perturbation analyses clarified that the increase in plasma membrane tension activated a mechanosensitive channel PIEZO1. PIEZO1-induced calcium influx triggered the PKC-ezrin cascade, which recruited actomyosin and transmitted its contractile force to the posterior plasma membrane. Our results demonstrate a novel mechano-sensing mechanism of neuronal migration.
Free Research Field	神経発生学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	これまでニューロン遊走は細胞種により異なる細胞機構で制御されると考えられてきたが、本研究でニューロンが細胞外の物理環境を読み取り、複数の分子経路のうち最適な力発生機構を動員することが明らかになった。この発見はニューロン遊走機構の概念を変えるもので、ニューロン遊走の異常を伴う先天的脳奇形や精神神経疾患の病因解明に繋がる可能性もある。また本研究で開発したマイクロ加工デバイスは、様々な遊走性細胞における物性制御の解析にも応用でき、脳発生・変性過程の多くの問題に新しいパラダイムと方法論を提供するものである。