Elucidating structures and functions of cerebrospinal fluid-contacting neurons in mice

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21460
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 46:Neuroscience and related fields
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: Ueno Masaki 新潟大学, 脳研究所, 教授 (40435631)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 倉部 美起 新潟大学, 医歯学系, 助教 (30635579)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 脳脊髄液接触ニューロン / 脳脊髄液 / 神経細胞 / 脊髄 / 運動 / 歩行

Outline of Final Research Achievements

Cerebrospinal fluid-contacting neurons (CSF-cNs) are enigmatic neurons residing around the central canal in the spinal cord. This study aimed to elucidate the structure, connections, and function of CSF-cNs in mice. We first found a method to specifically label CSF-cNs by intracerebroventricular injection of AAV. Combining this method with histological analysis, tissue clearing, single-cell labeling, 3D electron microscopy, and electrophysiological analysis, we found that CSF-cNs extended axons ventro-rostrally and back to the central canal to connect with rostral CSF-cNs. We also found connections with axial muscle motor neurons and premotor spinal interneurons. Chemogenetic suppression of CSF-cNs activity resulted in abnormal running on the treadmill. The data in this study revealed the structure, intraspinal network, and locomotor functions of mouse CSF-cNs.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脳脊髄液接触ニューロン(CSF-cNs)は、脊髄の中心管直下に整列し樹状突起を脳脊髄液へ接する奇妙な細胞として100年近く前に発見された。脳脊髄液の情報を探知し、中枢神経内へ伝達する細胞群であると想定されたが、特に哺乳類において、その機能は長らく不明のままであった。本研究では、CSF-cNsの特異的な標識・操作法を独自に見出したことで、CSF-cNsのもつ細胞構造と脊髄内の接続様式、さらに歩行運動に関わる機能をはじめて明らかにした。本法を用いたCSF-cNsの実体解明は、生体-脳脊髄液-中枢神経をつなぐ新たな情報伝達システムの理解へつながると期待される。