2022 Fiscal Year Research-status Report
発達期の神経活動レベル調節による大脳半球間投射制御の解明
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22K06446
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
玉川 直 (中川直) 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 助教 (20611065)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水野 秀信 熊本大学, 国際先端医学研究機構, 特任准教授 (00567159)
神戸 悠輝 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 講師 (60549913)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | gap junction / イオンチャネル / 大脳皮質 / 半球間投射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大脳皮質の半球間投射は、左右の半球を正しく神経接続することで高度な脳機能を生む重要な構造である。その発達機構はマウスの第2/3層の神経細胞が持つ投射を対象に詳しく調べられ、生後１－２週に急速に発達すること、同時期の神経活動がその発達制御の一端を担うことがわかっている。しかし、神経活動レベルを調節する機構はよくわかっていない。また、半球間投射は主に第2/3層と第５層の神経細胞が作るが、第５層細胞の投射は方法論の難しさから研究が進んでいない。応募者はこれまでの研究で、半球間投射を持つ第５層の神経細胞が、投射の発達時期にgap junction (GJ)で密に結合し合うネットワークを持ち(Science 358, 610, 2017)、神経細胞間の活動レベルを均一化することを明らかにした(Neuroscience 406, 1, 2019)。GJネットワークによる神経活動レベル調節が半球間投射の発達を制御している可能性が示唆される。そこで本研究では、「1. 第2/3層の半球間投射のGJによる制御」、「2. 第5層の半球間投射の発達過程とGJによる制御」、「3. GJ操作による投射異常が個体レベルに及ぼす影響」を明らかにする。
1.に関しては、第2/3層細胞のGJ機能を亢進または抑制して半球間投射を解析したところ、一定の影響が見られた。今後は例数を増やしつつ詳細を解析していく。
2.に関しては、第５層細胞への子宮内エレクトロポレーション法による遺伝子導入はすでに習熟しており、第５層細胞に特異的に遺伝子導入するための遺伝子改変マウスを繁殖させている。
3.に関しては、必要となる新生児マウスからの脳活動イメージング手法の論文を投稿し最近受理された（STAR Protocols, 2023.03.28受理）。
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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
「1. 第2/3層の半球間投射のGJによる制御」に関しては、子宮内エレクトロポレーション法でマウス大脳皮質の第2/3層細胞に野生型コネキシンまたはドミナントネガティブ体コネキシンを強制発現させ、生後２週の時点で半球間投射を解析した。投射への一定の影響を確認した。第2/3層細胞がGJによる結合を新生児期に持つことは確認済みであり、GJが半球間投射の発達を制御していることが示唆された。以上のことから、おおむね順調に進んでいる。
「2. 第5層の半球間投射の発達過程とGJによる制御」に関しては、第５層細胞に特異的に目的遺伝子を導入するために必要になる、Tlx3-Creマウスを繁殖させている。しかし、遺伝子導入のためのプラスミドの準備が進んでおらず、やや遅れている。
「3. GJ操作による投射異常が個体レベルに及ぼす影響」に関しては、もともと令和５年度以降に開始する予定であり、現在は実験方法の検討と準備を主に行っている。その一環で、二光子顕微鏡を用いて生きた新生児マウスから脳活動を行うイメージング手法を確立し、投稿した論文がSTAR Protocols誌に最近受理された（2023.03.28受理; 共同筆頭著者&責任著者）。以上のことから、おおむね順調に進んでいる。
以上を総合し、おおむね順調に進んでいるとみなす。
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| Strategy for Future Research Activity |
「1. 第2/3層の半球間投射のGJによる制御」に関しては、これまで使用したプラスミドが最適ではないことから、改変を加えたものを作成し使用する。予備実験で一定の結果を得ており、意義のある研究につながると期待できる。
「2. 第5層の半球間投射の発達過程とGJによる制御」に関しては、必要なプラスミドを準備し、Tlx3-Creマウスに子宮内エレクトロポレーションで導入して、第5層の半球間投射を第2/3層と同様に解析する。1. 2.をまとめて令和６年度中に論文投稿できるよう進める。
「3. GJ操作による投射異常が個体レベルに及ぼす影響」に関しては、1.と2.の結果次第で研究内容を検討する必要があるため、引き続き検討を続け、開始できる段階に来たところで迅速に着手していく。
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| Causes of Carryover |
新型コロナが原因で学会現地参加や外部研究機関での共同研究ができなかったことが、旅費の額が小さくなった大きな理由である。技術支援員を募集したが適任者が現れなかったことが、人件費・謝金が小さくなった大きな理由である。2023年度は、積極的に外部研究機関での共同研究を実施し、また技術支援員を雇うことで、科研費課題で進めている研究のスピードアップを行う。また、積極的に学会現地参加を行い、研究の発表機会を増やす。これらの活動のために、次年度使用額を費やす計画である。
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