2020 Fiscal Year Research-status Report
The study of the mood system by single cellular analysis of bipolar model animal
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20K06919
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
島 康之 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 上級研究員 (60815885)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 双極性障害 / １細胞解析 / scRNAseq / ミトコンドリア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
双極性障害は病態メカニズムが未だ不明であり、病因となる神経回路や生理現象・遺伝子発現など生物学的理解が進んでいない。本研究では、視床室傍核(Paraventricular nucleus of thalamus: PVT）でミトコンドリアDNA(mtDNA)欠失が蓄積する双極性障害モデルマウスを用いて、気分調節機構のメカニズムを解析する。１細胞RNAseqや脳スライス電気生理を用いて、PVTの１細胞ごとにmtDNA欠失の進行を測定すると同時に、遺伝子発現解析または電気生理記録を行う。個々の細胞で病因の進行レベルと遺伝子発現・生理活性の変化を対応させる事で、抑うつエピソードと関連する現象を既存研究よりはるかに高い感度で検出する事が可能となる。さらに、PVTのセルタイプを分類し、各々のセルタイプの全脳軸索投射パターンのマッピングを行う一方、光遺伝学・化学遺伝学によるセルタイプ特異的な神経活動調節を行い、通常時および双極性障害における気分調節回路を推定・検証する。
本年度はscRNAseqによるPVTのセルタイプの分類、およびセルタイプ特異的な軸索投射パターンの解析を行なった。既存scRNAseq手法の中で最も高い遺伝子検出能力を持つQuartz-seq2を用い、PVTのセルタイプを分類した。その結果、PVT のセルタイプは前後軸に沿って前方(anterior PVT, aPVT)と後方(poseterior PVT, pPVT)の２種に分類されることがわかった。それぞれのセルタイプ特異的なCreマウスラインを入手し、アデノ随伴ウイルスを用いてセルタイプ特異的な軸索投射パターンを解析したところ、aPVTとpPVTの投射はほぼ重ならず、相補的に投射していた。
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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
scRNAseqを用いたPVTのセルタイプ同定を試みた。野生型マウスの脳スライスからPVTを単離し、プロテアーゼ処理で単一細胞に分散させ、Quarts-seq２を用いてscRNA解析を行なった。解析した2069細胞中、988細胞が神経であり、さらに隣接神経核のマーカーを発現する細胞を取り除いた605細胞をPVTを構成する神経細胞とした。主成分解析より、第一主成分に陽に最も貢献する遺伝子は前部PVT(aPVT)に、陰に最も貢献する遺伝子は後部PVT(pPVT)に強く発言しており、PVTの前後軸でのセルタイプの分布が主要な違いであることが示された。PVTの主要なセルタイプはaPVTに２種、pPVTに１種、PVT全体に分布する１種の計四種類が同定できた。
aPVT、pPVTにそれぞれCreを発現するマウスラインを用い、軸索の投射パターンを比較した。Cre依存的にEGFPを発現するアデノ随伴ウイルスをP V Tに投与し、セルタイプ特異的な軸索投射を、セクショニング２光子顕微鏡システムTissuecyteを用いて全脳イメージングした。さらに、得られたイメージをAllen Brain atlasの３Dモデルにあてはめることにより、投射先の正確なアノテーションが可能になった。これらの解析により、aPVTとpPVTの投射先が一部でしか重ならず、ほぼ相補的な投射パターンが見られた。
以上、昨年度はPVTの主要なセルタイプの同定と、全脳における軸索投射マッピングを行なった。これらの結果は、PVTのセルタイプ間の機能差を強く示唆していた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度はPVTのセルタイプ間の機能差を解析する。DREADDシステムを用い、食欲制御や恐怖行動などにおけるPVTのセルタイプ間の機能差を解析する。また、Polg変異体を用いてscRNAseq解析を行い、気分障害モデルマウスのPVTにおける遺伝子発現変化を、セルタイプ特異的に解析する。
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| Causes of Carryover |
COVID-19に伴う非常事態宣言により、実験室への立ち入り制限が長期間におよび、実験できる期間が当初の予定に比べ非常に短かかったため。
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Research Products
(1 results)
