Role of the gap junction network in the formation of cell type-specific neural circuits during developmental

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06887
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: Tamagawa Nao (中川直) 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 助教 (20611065)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水野 秀信 熊本大学, 国際先端医学研究機構, 特任准教授 (00567159)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: gap junction / 大脳皮質 / 同期活動 / 回路形成

Outline of Final Research Achievements

Applicants have recently shown that in developing mice at one week of age, excitatory neurons in the neocortex have a precise network of gap junction in which neurons selectively connect with cells of the same type (Science, 358, 610, 2017), and that activity levels of neurons that are connected by gap junction are homogenized (Neuroscience, 406, 554, 2019). To understand the contribution of activity level regulation to circuit formation, we artificially enhanced activity level by forced expression of Cav1.2 in layer 2/3 cells, which affected neuronal migration and callosal axon projections. The results of this study were published recently (Frontiers in Neuroscience, 15(747951), 2021).

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、神経回路の発達時期に細胞内Ca2+シグナルが適切に調節されている必要があることを明らかにした。gap junctionはCa2+を含むイオンと小分子を通す細胞間結合であることから、細胞内Ca2+シグナルを調節することで神経回路形成を制御していることが期待される。gap junctionを構成するコネキシン遺伝子は自閉症のde novo変異遺伝子の１つであり、またてんかんとの関連もよく知られている。発達期のgap junctionネットワークの異常は大脳皮質の回路形成異常を介して疾患脳に至る可能性が示唆され、今後の研究により発症機序の解明や予防・治療法の開発につながることが期待される。