アストロサイト数の制御メカニズムの解明と脳回形成におけるその役割

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K19307
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 新明 洋平 金沢大学, 医学系, 准教授 (00418831)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河崎 洋志 金沢大学, 医学系, 教授 (50303904)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: フェレット / 大脳 / 進化 / アストロサイト

Outline of Annual Research Achievements

ヒトなどの高等哺乳動物では大脳皮質は特に発達しており、発達期にその組織構築がダイナミックに変化しシワ（脳回）を形成する。この進化の過程で大脳内の神経細胞とグリア細胞の数が増大したことは自明であるが、神経細胞よりもグリア細胞の一種であるアストロサイトがより顕著に増加したことは注目すべき事実である。実際、アストロサイトは脳内で最も多く存在する細胞で、血液脳関門の形成、細胞外環境の恒常性維持、神経伝達物質の取り込みなど数多くの重要な役割を持つ。さらに、アストロサイトの機能不全が、レット症候群や脆弱X症候群などの神経発達障害に関連する。また興味深いことに、ヒトのアストロサイトを過剰供給したマウスでは認知機能が向上する。このように進化におけるアストロサイト数の増大が高次脳機能の発達の基盤であると考えられるが、それを制御する分子メカニズムは全く不明であった。
重要なことに私たちは、マウス大脳のアストロサイトに比べてフェレット大脳のアストロサイトでは、FGFシグナルがより活性化されていることを見出した。さらに、アストロサイトの初代培養系を用いて、アストロサイトから分泌されるFGFsがアストロサイトの増殖に必要不可欠であることを明らかにした。これらの結果から、進化におけるアストロサイトの増大にFGFシグナルが重要であることが示唆された。今後、マウスやフェレットを用いて大脳のアストロサイト産生におけるFGFシグナルの役割を解析する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

アストロサイトの数を制御する新規分子機構が明らかになったため。

Strategy for Future Research Activity

マウスやフェレットを用いたin vivo実験において、大脳のアストロサイト産生におけるFGFシグナルの役割を解析する。

Causes of Carryover

マウスでのプラスミドの動作確認において、遺伝子機能抑制効果に当初予期できなかったばらつきが見られた。 研究遂行上、プラスミドの遺伝子機能抑制効果のばらつきの原因を突き止め、動作確認の実験の手順を再確認することが不可欠になった。今後、マウスでの動作確認をやり直し、最終的にはそのプラスミドを用いてフェレットでの機能解析を行う。

Research Products

• [Journal Article] A New Technical Approach for Cross-species Examination of Neuronal Wiring and Adult Neuron-glia Functions (2023)
  • Author(s): Edwards-Faret Gabriela、de Vin Filip、Slezak Michal、Gollenbeck Lennart、Karaman Ruchan、Shinmyo Yohei、Batiuk Mykhailo Y.、Pando Carmen Menacho、Urschitz Johann、Rincon Melvin Y.、Moisyadi Stefan、Schnutgen Frank、Kawasaki Hiroshi、Schmucker Dietmar、Holt Matthew G.
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 508 Pages: 40～51
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2022.11.029
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Isolation of ferret astrocytes reveals their morphological, transcriptional, and functional differences from mouse astrocytes (2022)
  • Author(s): Roboon Jureepon、Hattori Tsuyoshi、Nguyen Dinh Thi、Ishii Hiroshi、Takarada-Iemata Mika、Kannon Takayuki、Hosomichi Kazuyoshi、Maejima Takashi、Saito Kengo、Shinmyo Yohei、Mieda Michihiro、Tajima Atsushi、Kawasaki Hiroshi、Hori Osamu
  • Journal Title: Frontiers in Cellular Neuroscience Volume: 16 Pages: 877131
  • DOI: 10.3389/fncel.2022.877131
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Localized astrogenesis regulates gyrification of the cerebral cortex (2022)
  • Author(s): Shinmyo Yohei、Saito Kengo、Hamabe-Horiike Toshihide、Kameya Narufumi、Ando Akitaka、Kawasaki Kanji、Duong Tung Anh Dinh、Sakashita Masataka、Roboon Jureepon、Hattori Tsuyoshi、Kannon Takayuki、Hosomichi Kazuyoshi、Slezak Michal、Holt Matthew G.、Tajima Atsushi、Hori Osamu、Kawasaki Hiroshi
  • Journal Title: Science Advances Volume: 8 Pages: eabi5209
  • DOI: 10.1126/sciadv.abi5209
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Investigation of the Mechanisms Underlying the Development and Evolution of the Cerebral Cortex Using Gyrencephalic Ferrets (2022)
  • Author(s): Shinmyo Yohei、Hamabe-Horiike Toshihide、Saito Kengo、Kawasaki Hiroshi
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 10 Pages: 847159
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.847159
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] A positive feedback loop of FGF signaling induces astrocyte expansion and folding of the cerebral cortex in gyrencephalic animals (2022)
  • Author(s): Shinmyo Y and Kawasaki H
  • Organizer: Development and Plasticity of the Brain
• [Presentation] A positive feedback loop of FGF signaling induces astrocyte expansion and folding of the cerebral cortex in gyrencephalic animals (2022)
  • Author(s): Shinmyo Y, Saito K, Hamabe-Horiike T, Kameya N, Hattori T, Kannon T, Hosomichi K, Tajima A, Hori O and Kawasaki H
  • Organizer: NEURO2022