2022 Fiscal Year Research-status Report
Reconstruction of corticospinal circuit during development-do single neuron have two different functions during development?
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20K06879
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| Research Institution | Teikyo University |
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Principal Investigator |
村部 直之 帝京大学, 医学部, 講師 (90348813)
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2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 皮質脊髄路 / 精緻化 / 腰髄 / 頸髄 / 神経解剖 / 神経発達 / 運動ニューロン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マウスの皮質脊髄路は、他の神経回路同様、過剰投射・シナプス形成過程の後、軸索撤退・シナプス除去等により精緻化する。本研究では、成体では後肢の運動制御に関与する皮質脊髄ニューロンが発達初期には頸髄に投射し、前肢の運動制御に関与する可能性を検証することが目的である。そのために、以下の3つの柱に分けて研究を進めている。(1) 後肢支配領野の皮質脊髄ニューロンが頸髄から撤退する時期を特定する。(2)幼若頸髄に投射した後肢支配領野の皮質脊髄ニューロンが成体では腰髄へ投射することを示す。(3) 予定後肢支配領野の皮質脊髄ニューロンが前肢運動制御に関与することを示す。2022年度は、（2）に関して、幼若期に頸髄に投射した幼若期に頸髄に投射した皮質脊髄ニューロンが成体では腰髄に投射することを示す論文を執筆中である。また、この内容を米国神経科学会で発表した。これに関連して、幼若頸髄投射ニューロンが成体の腰髄背側部の灰白質を長軸方向に走行することを見出した。さらに研究を進めると、幼若期の頸髄投射ニューロン固有の性質ではなく、体性感覚野由来の皮質脊髄ニューロンの特徴であることが判明した。また、皮質脊髄線維の単一標識により、上記線維は脊髄灰白質を下行するものに加え、吻側方向へ上行するものもあることがわかってきた。上記線維はen passent型のシナプス前部を長軸方向に配置していることも明らかにした。これらの結果は、Neuro2022で発表した。下降路の発達という視点で本研究を位置付けるために、齧歯類の下行路を構成する赤核脊髄ニューロンや網様体脊髄ニューロン、前庭脊髄ニューロンの幼若期頸髄投射について解析し、その結果の一部を第100回日本生理学会大会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究の進行に伴い関連実験を並行して行っている。また、実験系の確立を慎重に進めているため、やや遅れているが、今年度遅れを取り戻す予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
頸髄へ過剰投射した皮質脊髄軸索の撤退時期を決定する実験を継続し、例数の蓄積および日齢の追加をする（１）。次に、幼若期の予定後肢野への皮質内微小刺激を行う。幼若頸髄に投射しかつその後シナプス除去する皮質脊髄ニューロンには、前腕筋運動ニューロンと直接シナプス結合する集団が含まれる。この皮質脊髄ニューロンの一部が成体で腰髄へ投射する可能性があり、それを検証する。幼若運動ニューロンと直接シナプス結合する皮質脊髄ニューロンを成体まで長期間標識するために、幼若前腕筋運動ニューロンプールに限局してCreリコンビナーゼを発現するアデノ随伴ウイルス（AAV-Cre）を微量注入することにより、前腕筋運動ニューロンと直接シナプス結合するシナプス前細胞にCreを発現させる。次に、Cre依存的発現を示す蛍光タンパク質をコードするAAVを成体大脳皮質の後肢領野に注入することにより、幼若期の運動ニューロンのシナプス前細胞の中でも皮質脊髄ニューロンのみを順行性に可視化する (2)。そこで、AAVを前腕筋運動ニューロンプールに限局して注入する実験条件を構築する。具体的には、前腕筋運動ニューロンプールは頸髄背側部の灰白質を通過せずに前腕筋運動ニューロンプールにアプローチする外科的手術法を確立し、前腕筋運動ニューロンプールに限局する極微量注入法を確立する。
体性感覚野由来の皮質脊髄線維の脊髄内投射が長軸方向に走行するのは脊髄後角での前肢皮膚感覚の体部位局在が脊髄の長軸方向に対して細長く数セグメント以上に渡って存在することに対応するのではないかと作業仮説を立てている。つまり、上行性の性質である体性感覚野の体部位局在とその部位から下行性出力がループを形成していることを意味する。これを検証するために、生理学的に大脳皮質体性感覚野および脊髄後角の体部位局在を調べた後に、順行性標識された線維の分布との対応関係を調べる。
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| Causes of Carryover |
2022年度に微量注入装置・脳定位装置、実体顕微鏡を購入予定であったが、極微量注入に適した装置の選定をパイロット的に行っていた。今年度も継続して動物実験を行う必要があり、適した実験装置および動物、ウイルスベクター等を購入予定である。また、画像解析が実験データの解析の中核を占める。画像処理・解析を迅速に行うことが可能な高性能コンピュータを導入する。
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