2020 Fiscal Year Annual Research Report
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20H03354
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中嶋 藍 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (60706331)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 神経回路形成 / 神経活動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
臨界期と呼ばれる神経回路の柔軟性の高い時期に起こる神経回路の形成異常は、後の様々な神経疾患につながる。多くの場合、臨界期以降にはこれらの形成異常は不可逆的であり、脳機能・身体機能を大きく低下させる。その発症要因としては、遺伝的な要因と活動依存的な要因の両方が挙げられているが、両方を統合して疾患の原理を理解するには至っていない。
申請者は、これまでに嗅覚系をモデルシステムとして『神経活動パターンが多様な遺伝子の発現制御を介し正常な回路形成を達成する』という新規メカニズムを明らかにしてきた。このメカニズムが他の脳領域にも敷衍できるかどうかは、基礎科学の観点からだけではなく、応用研究においても重要な意味を持つ。本課題では、発生期における神経活動パターンの解析系と神経活動の操作系を確立し、臨界期における神経活動パターンの異常が回路形成の破綻、疾患発症を引き起こすメカニズムの解明を目指す。
本年度は、神経活動依存的な回路の可塑性に関わりうる候補分子を同定するため、バイアスなく単一細胞の遺伝子発現プロファイルを一度に数千個調べることが可能な大規模単一細胞RNA-Seqの手法の導入を目指した。神経細胞は、軸索や樹状突起などを伸長し互いに接続している。そのため、免疫細胞・がん細胞で行なわれている単純な単一細胞への分離では、突起・接続の切断によるダメージが大きく、大規模解析に十分な数の生細胞が得られないことが神経系に大規模単一細胞RNA-Seqを適用する上でのボトルネックとなっている。この問題に対し、代表者は、神経細胞から核を抽出することで、神経細胞におけるトランスクリプトームが同定であることを明らかにした。この実験系の確立により、各脳領域において神経細胞を遺伝子発現に基づいたクラスターに分類することが可能となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、遺伝子改変マウスの作出が延期されたため一部計画の進行に変更が生じたものの、当初の予定通り単一神経細胞のトランスクリプトーム解析の手法の導入を達成したことに加え、さらに細胞タイプ特異的に翻訳データを取得するための手法として、リボソームアフィニティー精製(TRAP)によるRNAシーケンシング(TRAP-seq)の導入も行なった。この手法は特に特定の脳領域の神経細胞の亜集団の翻訳データを収集・比較する上で今後の研究計画の進行に有用であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度以降では、上記の手法に基づき神経細胞を遺伝子発現に基づいたクラスターに分類し、それぞれのクラスターで発現が異なるシナプス・細胞接着分子を明らかにする。さらに、同定した遺伝子の神経活動依存性を検証するため、プルキンエ細胞特異的にKir2.1というカリウムチャネルを発現させる実験を行なう。Kir2. 1を過剰発現した細胞は、活動電位を発生することができない（活動が抑制される）ことが期待される。この操作により、神経活動を阻害した群とコントロールのプルキンエ細胞群で発現に差が見られるシナプス接着・軸索ガイダンス分子を組織染色、RNAシークエンシングにより同定し、これらを候補分子として来年度以降の実験を行う。
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Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Visualization and molecular characterization of whole-brain vascular networks with capillary resolution.2020
Author(s)
Miyawaki, T., Morikawa, S., Susaki, E. A., Nakashima, A., Takeuchi, H., Yamaguchi, S., Ueda, H. R., Ikegaya, Y.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Pages: 1104
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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