The role of the nuclear receptor RORa in the guidance of cerebellar Purkinje cell axons in mice

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K06890
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46020:Anatomy and histopathology of nervous system-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Shirasaki Ryuichi 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 准教授 (40423149)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 神経回路形成 / 軸索ガイダンス / 小脳 / プルキンエ細胞 / 小脳核ニューロン / 核内受容体 / ゲノム編集技術 / マウス

Outline of Final Research Achievements

We revealed the detailed development of cerebellar Purkinje cell axons in mice, using a cell-type-specific genetic labeling approach that enables selective and sparse labeling of individual Purkinje cells in vivo. To gain insights into the molecular mechanism of axon guidance by Purkinje cells, we focused on the role of the nuclear receptor RORa that is selectively expressed in Purkinje cells during axon pathfinding. We performed RORa loss-of-function experiments by misexpressing a dominant-negative form of RORa in Purkinje cells using in utero electroporation. We also carried out RORa gene knockout using CRISPR/Cas9 genome editing system. Under these conditions, however, Purkinje cell axons developed normally similar to the wild type. Because RORb, a nuclear receptor functionally-redundant with RORa, was also expressed in Purkinje cells, normal development of Purkinje cell axons in RORa loss-of-function conditions could be due to the functional compensation by RORb.

Free Research Field

発生神経生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

小脳のプルキンエ細胞が構築する神経回路の形成機構に関する研究は、これまでプルキンエ細胞の樹状突起発達に焦点をあてたものであり、プルキンエ細胞の軸索投射発達については、そのほとんどが不明であった。本研究により、プルキンエ細胞の軸索伸長の初期過程からその後の標的細胞である小脳核ニューロンへの軸索伸長過程の詳細が明らかとなった。また、神経発達障害である自閉症スペクトラム障害(ASD)の発症にプルキンエ細胞が構築する神経回路の形成異常が関与していることから、本研究の成果はASDなどの神経発達障害の病態解明を目指す研究分野の進展に対しても重要な貢献をすることが期待される。