Mechanisms of Avian Cortical Neural Circuit Formation Using a Novel Genetic Switch

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22665
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0702:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: KUMAMOTO Takuma 公益財団法人東京都医学総合研究所, 脳・神経科学研究分野, 主席研究員 (10570880)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2023-03-31
• Keywords: 遺伝スイッチ / 鳥類脳 / 神経発生

Outline of Final Research Achievements

In this study, I have improved the iOn switch, a genome integration-dependent genetic switch, and developed a spatiotemporal imaging method for the avian brain model. The aim was to understand the developmental process involved in the generation of species-specific pallium structures. For the improved iOn tools, I have produced iOn switches with 5 different colors, with or without a subcellular localization tag.　For the imaging part, I successfully made thick brain slices of clonally labeled chick brains transparent using the Scale method. These slices were then imaged at the single-cell level by confocal microscopy. Additionally, we investigated the conditions for light-sheet microscopy of the whole-brain transparency of iOn-labeled chick brain, and time-lapse imaging using brain slices. These results indicate that the iOn switch can acquire more accurate data than the conventional methods.

Free Research Field

脳進化発生

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

異なる生物種の脳構築を比較し、生物種間共通もしくは生物種特異的なメカニズムを同定することは、脳進化を知る上で必要不可欠である。これまで遺伝子改変生物の充実しているマウスでは詳細な脳発生メカニズムの解析が行われてきているが、鳥類など遺伝子改変生物樹立の難しい生物では困難であった。近年研究代表者の開発したiOnスイッチは、非モデル生物における詳細な発生解析を可能にするツールであるが、未だ発展途上であった。本研究ではiOnツールの拡充と、鳥類脳研究におけるiOnスイッチを用いた条件検討を行った。本研究はiOnスイッチを用いた脳進化発生研究を進める上で重要な情報を網羅した結果となるだろう。