Elucidating the primate basis of neurobiological mechanisms underlying developmental disorders

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H05467
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 高田 昌彦 京都大学, ヒト行動進化研究センター, 研究員 (00236233)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 二宮 太平 生理学研究所, システム脳科学研究領域, 助教 (40586343) ; 橋本 亮太 大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教授 (10370983) ; 松本 正幸 筑波大学, 医学医療系, 研究員 (50577864)
• Project Period (FY): 2019-04-23 – 2024-03-31
• Keywords: 発達障害 / 社会的行動 / 神経ネットワーク / 認知ゲノム / 霊長類

Outline of Annual Research Achievements

研究項目１および研究項目２：キャプシド改変型モザイクベクターであるAAV2.1ベクターに関する一連の研究成果を原著論文として発表した。また、同じくキャプシド改変型モザイクベクターであるAAV9.2ベクターを開発し、サル・マーモセット新生児への静脈内投与により、高い効率で全脳的なニューロンへの外来遺伝子導入を実現するとともに、マイクロバブルと経頭蓋集束超音波照射を用いた一過性血液脳関門開放術をサル成体に適用し、静脈内投与したAAV9.2ベクターを介して特定の脳部位のニューロンに選択的かつ非侵襲的に外来遺伝子を導入する手法の開発に成功した。
研究項目３：研究分担者の松本と二宮は、それぞれサルを対象に共同注意アンチサッカード課題、２個体テレワーク実験システムを開発し、２個体の相互作用に関わる行動評価と神経活動解析を実施した。
研究項目４：研究分担者の橋本および研究協力者の中澤と連携し、発達障害に関わるリスク遺伝子POGZを標的とするshRNA配列を搭載したAAVベクターの作製に成功するとともに、当該ベクターのマーモセット新生児への全脳導入により内在性POGZをノックダウンした発達障害モデルを作出した。現在、脳スライスを用いて、各脳部位におけるPOGZの発現変化を網羅的に解析している。
研究項目５：集団で生活する霊長類動物を個体識別しつつ、各個体の３次元姿勢推定を実現するシステムを構築するとともに、構築したシステムが社会集団の行動特性を客観的かつ大規模に解析することが可能であることを明らかにした。
研究項目６：内在性POGZノックダウンによる自閉症モデルマーモセットの表現型解析を実施した。具体的には、モデル個体を野生型個体とともに親個体と同居させた環境下においてモデル個体の行動発達パターンの特異性を検証した結果、ヒトにおいてPOGZに起因する発達障害と類似した症状が確認された。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Center HM Cinac(スペイン)
  • Country Name: SPAIN
  • Counterpart Institution: Center HM Cinac
• [Int'l Joint Research] University of Cambridge(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Cambridge
• [Int'l Joint Research] National Institutes Health(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: National Institutes Health
• [Journal Article] Longitudinal reduction in brain volume in patients with schizophrenia and its association with cognitive function. (2024)
  • Author(s): Yamazaki R, Matsumoto J, Ito S, Nemoto K, Fukunaga M, Hashimoto N, Kodaka F, Takano H, Hasegawa N, Yasuda Y, Fujimoto M, Yamamori H, Watanabe Y, Miura K, Hashimoto R.
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Reports Volume: 44 Pages: 206-215
  • DOI: 10.1002/npr2.12423
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Visual salience is affected in participants with schizophrenia during free-viewing. (2024)
  • Author(s): Yoshida M, Miura K, Fujimoto M, Yamamori H, Yasuda Y, Iwase M, Hashimoto R.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 14 Pages: 4606
  • DOI: 10.1038/s41598-024-55359-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Environmental context-dependent activation of dopamine neurons via putative amygdala-nigra pathway in macaques. (2023)
  • Author(s): Maeda K, Inoue K, Takada M, Hikosaka O
  • Journal Title: Nature communications Volume: 14 Pages: 2282
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37584-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] BBB opening with focused ultrasound in nonhuman primates and Parkinson’s disease patients: Targeted AAV vector delivery and PET imaging. (2023)
  • Author(s): Blesa J, Pineda-Pardo JA, Inoue K, Gasca-Salas C, Balzano T, del Rey NL-G, Reinares-Sebastian A, Esteban-Garcia N, Rodriguez-Rojas R, Marquez R, Ciorraga M, del Alamo M, Garcia-Ca?amaque L, de Aguiar SR, Rachmilevitch I, Trigo-Damas I, Takada M, Obeso JA
  • Journal Title: Science Advances Volume: 9(16) Pages: eadf4888
  • DOI: 10.1126/sciadv.adf4888
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reorganization of corticospinal projections after prominent recovery of finger dexterity from partial spinal cord injury in macaque monkeys. (2023)
  • Author(s): Sawada M, Yoshino K, Ninomiya T, Oishi T, Yamashita T, Onoe H, Takada M, Nishimura Y, Isa T
  • Journal Title: eNeuro Volume: 10 Pages: 209-223
  • DOI: 10.1523/ENEURO.0209-23.2023
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A mosaic adeno-associated virus vector as a versatile tool that exhibits high levels of transgene expression and neuron specificity in primate brain. (2023)
  • Author(s): Kimura K, Nagai Y, Hatanaka G, Fang Y, Tanabe S, Zheng A, Fujiwara M, Nakano M, Hori Y, Takeuchi RF, Inagaki M, Minamimoto T, Fujita I, Inoue K, Takada M
  • Journal Title: Nature communications Volume: 14 Pages: 4762
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40436-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multimodal imaging for validation and optimization of ion channel-based chemogenetics in nonhuman primates. (2023)
  • Author(s): Hori Y, Nagai Y, Hori Y, Oyama K, Mimura K, Hirabayashi T, Inoue K, Fujinaga M, Zhang MR, Takada M, Higuchi M, Minamimoto T
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 43(39) Pages: 6619-6627
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0625-23.2023
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reward expectation enhances action-related activity of nigral dopaminergic and two striatal output pathways. (2023)
  • Author(s): Rios A, Nonomura S, Kato S, Yoshida J, Matsushita N, Nambu A, Takada M, Hira R, Kobayashi K, Sakai Y, Kimura M, Isomura Y
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 6 Pages: 914
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05288-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chemogenetic dissection of a prefrontal-hypothalamic circuit for socially subjective reward valuation in macaques (2023)
  • Author(s): Noritake A, Ninomiya T, Kobayashi K, Isoda M
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Pages: 4372
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40143-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Subcortical volumetric alterations in four major psychiatric disorders: a mega-analysis study of 5604 subjects and a volumetric data-driven approach for classification. (2023)
  • Author(s): Okada N, Hashimoto R. et al.
  • Journal Title: Molecular Psychiatry Volume: 28 Pages: 5206-5216
  • DOI: 10.1038/s41380-023-02141-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cerebral cortical structural alteration patterns across four major psychiatric disorders in 5549 individuals. (2023)
  • Author(s): Matsumoto J, Hashimoto R. et al.
  • Journal Title: Molecular Psychiatry Volume: 28 Pages: 4915-4923
  • DOI: 10.1038/s41380-023-02224-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Longitudinal characteristics of insight and clinical factors in patients with schizophrenia. (2023)
  • Author(s): Sakai Y, Ito S, Matsumoto J, Yasuda Y, Yamamori H, Fujimoto M, Hasegawa N, Ishimaru K, Miura K, Hashimoto R.
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Reports Volume: 43 Pages: 373-381
  • DOI: 10.1002/npr2.12356
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] マイクロバブルと経頭蓋集束超音波照射を用いた一過性血液脳関門開放による霊長類脳への非侵襲的外来遺伝子導入 (2024)
  • Author(s): 高田 昌彦
  • Organizer: 第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] A fluorescent dopamine sensor reveals distinct signals on reward prediction error and expected reward value in the primate putamen and caudate nucleus (2023)
  • Author(s): Yan G, Amita H, Nonomura S, Inoue K, Takada M
  • Organizer: XIVth Meeting for International Basal Ganglia Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Medial prefrontal cortex neuron negatively controls action switch based on diminishing reward in rats (2023)
  • Author(s): Nonomura S, Takayasu T, Kaneko T, Amita H, Inoue K, Takada M
  • Organizer: XIVth Meeting for International Basal Ganglia Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 非ヒト霊長類を用いたAAVベクター研究の新展開 (2023)
  • Author(s): 高田 昌彦
  • Organizer: 第66回日本神経化学会大会
• [Presentation] マウス CD25特異的組換え体イムノトキシンを利用したコモンマーモセット脳内神経細胞種の選択的ターゲティング (2023)
  • Author(s): 小林 とも子、加藤 成樹、菅原 正晃、小澤 龍彦、井上 謙一、高田 昌彦、恩田 正徳、小林 和人
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
• [Presentation] Integration of Reward Expectation and Action Selection in the Nigrostriatal System (2023)
  • Author(s): Rios A, Nonomura S, Kato S, Yoshida J, Matsushida N, Nambu A, Takada M, Hira R, Kobayashi K, Sakai Y, Kimura M, Isomura K
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
• [Presentation] A versatile tool for automated quantification of natural/social behaviors in the common marmosets (2023)
  • Author(s): Zhao X, Kaneko T, Matsumoto J, Lu W, Ueno L, Oishi T, Ikenaka K, Baba K, Nishijo H, Mochizuki H, Inoue K, Takada M
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
• [Presentation] Behavioral adjustment to others’ internal states in the common marmosets under a food competition task (2023)
  • Author(s): Lu W, Kaneko T, Matsumoto J, Zhao X, Ueno L, Oishi T, Inoue K, Takada M
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
• [Presentation] 概日時計によって制御される哺乳類の記憶・学習 (2023)
  • Author(s): 清水 貴美子、井上 謙一、小林 洋大、大石 高生、高田 昌彦、今井 啓雄、深田 吉孝
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
• [Presentation] 報酬の漸減に基づいた行動選択に関わる内側前頭前皮質からの情報伝達 (2023)
  • Author(s): 野々村 聡、兼子 峰明、網田 英敏、井上 謙一、高田 昌彦
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
• [Presentation] マカクザルの前部帯状皮質から中脳中心灰白質への局在投射 (2023)
  • Author(s): 曽我 ゆふき、吉野 倫太郎、木村 慧、大原 慎也、中村 晋也、井上 謙一、高田 昌彦、筒井 健一郎
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
• [Presentation] Selective silencing of the ventral striatum-ventral pallidum pathway enhances approach choices and motivational states under approach-avoidance conflict in nonhuman primates (2023)
  • Author(s): Oh J, Amemori S, Inoue K, Kimura K, Takada M, Amemori K
  • Organizer: Neuroscience 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Behavioral adjustment in response to others’ internal state in common marmosets: AI based quantification using neural networks that predict the internal state solely from actions (2023)
  • Author(s): Lu W, Kaneko T, Matsumoto J, Zhao X, Ueno L, Oishi T, Inoue K, Takada M
  • Organizer: Neuroscience 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neural representations of medial prefrontal cortex neurons projecting to the striatum for diminishing reward-based action switch (2023)
  • Author(s): Nonomura S, Kaneko T, Amita H, Inoue K, Takada M
  • Organizer: Neuroscience 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Parvalbumin-positive neuron-selective gene transduction into the monkey striatum (2023)
  • Author(s): Zheng A, Kimura K, Nagai Y, Fujiwara M, Nakano M, Nagayasu K, Inoue K, Takada M
  • Organizer: Neuroscience 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterizing the functional role of Interhemispheric Connections in value decisions using optical tools (2023)
  • Author(s): Gopal A, Yu X, Mejias-Aponte C, Inoue K, Takada M, Hikosaka O
  • Organizer: Neuroscience 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dopamine signals transmitted to different subregions of the primate striatum during economic decision-making (2023)
  • Author(s): Duo Z, Wang Y, Nejime M, Kunimatsu J, Amita H, Inoue K, Takada M, Yamada H, Matsumoto M
  • Organizer: Neuroscience 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An AI system for quantification of common marmoset natural behaviors using markerless 3D pose estimation (2023)
  • Author(s): Zhao X, Kaneko T, Matsumoto J, Lu W, Ueno L, Oishi T, Ikenaka K, Baba K, Nishijo H, Mochizuki H, Inoue K, Takada M
  • Organizer: Neuroscience 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optogenetic Tagging of the Oculomotor Pathway in Non-Human Primates (2023)
  • Author(s): Yu X, Gopal A, Inoue K, Takada M, Hikosaka O
  • Organizer: Neuroscience 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Distinct roles of two frontal areas in action prediction (2023)
  • Author(s): Ninomiya T, Isoda M
  • Organizer: Neuroscience 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cortical structural mega-analysis across four major psychiatric disorders in 5432 individuals. (2023)
  • Author(s): Matsumoto J, Hashimoto R. et al.
  • Organizer: 第119回日本精神神経学会学術総会
• [Presentation] 児童思春期発症のうつ病の多施設大規模データによる大脳皮質構造解 (2023)
  • Author(s): 松本純弥、橋本亮太 他
  • Organizer: 第45回日本生物学的精神医学会年会
• [Presentation] Cognitive signals in the cerebellar dentate nucleus contribute to the associative learning. (2023)
  • Author(s): Akiyama Y, Yamada H, Matsumoto M, Kunimatsu J
  • Organizer: Neuroscience 2023
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 生理学研究所 システム脳科学研究領域 認知行動発達機構研究部門 ホームページ
  • URL: https://www.nips.ac.jp/dbd/NewSite/index.html
• [Remarks] 国立精神・神経医療研究センター 精神保健研究所 精神疾患病態研究部 ホームページ
  • URL: https://byoutai.ncnp.go.jp/
• [Remarks] 筑波大学 医学医療系 生命医科学域 認知行動神経科学研究室 ホームページ
  • URL: http://www.md.tsukuba.ac.jp/basic-med/cog-neurosci/member.html
• [Remarks] 京都大学ヒト行動進化研究センター 統合脳システム分野 ホームページ
  • URL: http://www.pri.kyoto-u.ac.jp/sections/systems_neuroscience/index.html
• [Funded Workshop] 京都大学ヒト行動進化研究センター国際脳科学シンポジウム (2024)