アストロサイトから神経細胞への分化転換を用いた神経回路の機能的再建

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K19425
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 田中 光一 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (80171750)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: アストロサイト / 分化転換 / 神経変性疾患

Outline of Annual Research Achievements

神経変性疾患を治療するためには、失われた神経細胞を補充するのみならず、補充された神経細胞が既存の神経回路と機能的な結合をする必要がある。神経細胞 の補充には、iPS細胞から分化させた神経細胞の移植が主に行われてきたが、この方法では神経回路の再構築は困難である。最近アストロサイトのPtbp1遺伝子を ノックダウンすると、アストロサイトがその部位の神経細胞と同じ特徴を持った細胞に分化転換し、既存の神経回路に組み込まれることが、網膜と黒質で示され た。しかし、網膜・黒質における分化転換の効率は十分ではなく、網膜・黒質以外の脳部位のアストロサイトの分化転換能は不明である。本研究では、脳の全て の部位のアストロサイトからPtbp1遺伝子を欠損させ、各部位におけるアストロサイトの分化転換能を解析できるin vivoの系を開発する。その系を用いて、アス トロサイトから神経細胞への分化転換を阻害する遺伝子を同定する。本年度は、floxd-Ptbp1マウス(Ptbp1遺伝子のエクソン1の両側にloxP配 列をノックインしたマウス)、GLASTの遺伝子座にCreERT2(タモキシフェンにより活性化されるCre酵素)をノックインしたマウス およびROSA-LSL-tdTomatoマウス(ROSAの遺伝子座にloxP-STOP-loxP-tdTomatoをノックインしたマウス)と交配した。このマウスが成熟後、タモキシフェンを投与し、神経系の全てのアストロサイト・サテライト細胞からPtbp1を欠損させたマウスを作成し、小脳のバーグマングリアからプルキンエ細胞への分化転換を、PCのマーカーであるCalbindin抗体を用いて解析した。Calbindin陽性・tdTomayo陽性細胞が観察されたが、数が少なく、それ以降の解析ができなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

in vivoのアストロサイトーニューロン分化転換機能評価系であるfloxd-Ptbp1マウス／GLAST-CreERT2マウス／ROSA-LSL-tdTomatoマウスを作成し、タモキシフェンを投与し、小脳のバーグマングリアからプルキンエ細胞への分化転換を、PCのマーカーであるCalbindin抗体を用いて解析したが、極少数の分化転換プルキンエ細胞しか観察されなかった。

Strategy for Future Research Activity

in vivoのアストロサイトーニューロン分化転換機能評価系であるfloxd-Ptbp1マウス／GLAST-CreERT2マウス／ROSA-LSL-tdTomatoマウスを作成し、タモキシフェンを投与し、tdTomato陽性細胞の中の神経細胞マーカー (NeuNなど)陽性細胞の割合を解析し、各部位でのアストロサイトから神経細胞への分化転換能を解析したが、分化転換の効率が悪かった。分化転換の効率を上げるため、脊髄小脳変性症6型モデルマウスを用い小脳バーグマングリアからptbp1を欠損させたマウスを作成し解析する、さらに、floxd-Ptbp1マウス／GLAST-CreERT2マウス／ROSA-LSL-tdTomatoマウスの小脳バーグマングリアに神経細胞への分化転換を促進する遺伝子を過剰発現させ、バーグマングリアからプルキンエ細胞への分化転換の効率をあげる。

Research Products

• [Journal Article] Synaptic pruning through glial synapse engulfment upon motor learning (2022)
  • Author(s): Morizawa Yosuke M.、Matsumoto Mami、Nakashima Yuka、Endo Narumi、Aida Tomomi、Ishikane Hiroshi、Beppu Kaoru、Moritoh Satoru、Inada Hitoshi、Osumi Noriko、Shigetomi Eiji、Koizumi Schuichi、Yang Guang、Hirai Hirokazu、Tanaka Kohichi、Tanaka Kenji F.、Ohno Nobuhiko、Fukazawa Yugo、Matsui Ko
  • Journal Title: Nature Neuroscience Volume: 25 Pages: 1458～1469
  • DOI: 10.1038/s41593-022-01184-5
  • Peer Reviewed / Open Access