2017 Fiscal Year Annual Research Report
シナプスにおける逆行性シグナルが生後発達期の機能的神経回路形成に果たす役割の解明
Project/Area Number |
25000015
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
狩野 方伸 東京大学, 医学系研究科, 教授
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Project Period (FY) |
2013 – 2018
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Keywords | シナプス / シナプス刈り込み / 生後発達 / 神経回路 / 逆行性シグナル / 小脳 / 登上線維 / マウス |
Outline of Annual Research Achievements |
◆平成26年度までに絞り込んだ10種類以上の候補遺伝子のうち、平成29年度は、平成28年度に引き続いて以下の分子についてさらに解析を進め、それらの登上線維シナプス刈り込みにおける役割をほぼ解明した。①細胞接着分子プロトカドヘリンの1サブタイプであるPCDHIOのプルキンエ細胞特異的ノックアウトマウスでは、小脳の後部小葉に限局して、生後7日から9日に登上線維シナプス刈り込みが障害され、その後逆に刈り込みが促進するという特徴的な異常がみられた。②増殖因子insulin-like growth factor 1(IGF-1)の働きを抑制すると考えられるFndc3bを生後発達期のプルキンエ細胞においてノックダウンして形態学的解析を行った。その結果、細胞体上の登上線維シナプスの刈り込みが障害されており、登上線維シナプス領域の樹状突起への進展の程度が弱かった。③P/Q型カルシウムチャネルの活動に依存して発現するserine protease inhibitorであり、tissue-type plasminogen activator(tPA)を阻害するneuroserpinのプルキンエ細胞特異的ノックダウンでは、シナプス刈り込みのearly phaseにに障害がみられた。これはtPAに結合する完全型のneuroserpinの発現によってレスキューされるが、tPAに結合できないものではレスキューされなかった。◆また、新たに、IGF-1の下流で働くと考えられる分子をプルキンエ細胞でノックダウンしたところ、シナプス刈り込みが促進された。したがって、この分子がIGF-1の下流で登上線維シナプスの強化・維持に働くと考えられた。◆AMPA受容体の補助サブユニットとして働くShisa6をプルキンエ細胞特異的にノックダウンすると、登上線維刺激によるシナプス電流の減衰が早くなり、シナプス刈り込みが障害されていた。◆視覚野の神経細胞において、右眼へ視覚刺激を与えた場合の反応の方位選択性と左眼に視覚刺激を与えた場合の反応の方位選択性の間のミスマッチが発達につれて減少するが、この過程に内因性カンナビノイドの2-アラキドノイルグリセロールが関与することを、鳥取大学の畠らとの共同研究により、明らかにした。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初平成29年度までに計画した研究内容について順調に達成し、ほぼ満足できる結果を得た。「1. プルキンエ細胞発現分子の網羅的スクリーニングと候補分子の絞り込み」、「2. プルキンエ細胞に存在する候補分子のin vivo実験系による解析」及び「3. 登上線維に発現する分子の解析」では、平成28年度までにプルキンエ細胞側の候補遺伝子264個のスクリーニングを終了し、18種類の遺伝子がシナプス刈り込みに関わる逆行性シグナルの候補として絞り込んだ。平成29年度は、これらのスクリーニングを継続し、上述のように、3つの分子に関して解析がほぼ終了し、新たに2つの分子が登上線維シナプス刈り込みに関わることを見出した。また、プルキンエ細胞側からのシグナルの受容体の候補を登上線維側でノックダウンし、機能的に同定してきた。成果発表に関しては、平成25年度以来、登上線維シナプス刈り込みに関して、Science誌をはじめとしてコンスタントに論文発表を重ねてきた。平成29年度にNature Communications, Cell Reports, Neuronに発表したものを加えて、これまでに15報の原著論文を発表した。現在解析中のその他の遺伝子についても解析終了とともに論文発表していく予定であり、今後10編ほどの論文発表を考えている。以上から、全体としてみれば、当初の計画以上に進展していると考えることができる。 また、本研究を遂行する過程で、精神神経疾患の病態生理の研究への発展、in vivoにおける小脳神経回路の機能解明への新たな展開、視床におけるシナプス刈り込み・機能成熟の分子メカニズム研究への展開など、新たな研究の発展がみられている点も重要であり、いずれも今後の発展が大いに期待できる。以上まとめると、本研究は当初目標を超える研究の進展があり、予定以上の成果が見込まれると自己評価する。
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Strategy for Future Research Activity |
本研究は平成29年度が最終年度であったが、一部ノックアウトマウスの繁殖が悪く、当初予定していた実験を終了できなかったため、平成30年度に研究費を一部繰り越している。繰り越した部分に関しては、引き続いてノックアウトマウスの電気生理学的解析に加えて、in situ hybridizationや免疫染色による発現解析を行う。一方、これまでに解析を終了し、登上線維シナプス除去への関与が明らかになった分子に関して、順次論文にまとめ、国際学術雑誌への発表を目指す。
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[Journal Article] Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle-mediated optogenetics.2018
Author(s)
Chen S, Weitemier AZ, Zeng X, He L, Wang X, Tao Y, Huang AJY, Hashimotodani Y, Kano M, Iwasaki H, Parajuli LK, Okabe S, Tsutsui-Kimura I, Tanaka KF, Liu X, McHugh TJ
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Journal Title
Science
Volume: 359
Pages: 679-684
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Retrograde signaling from progranulin to Sortl counteracts synapse elimination in the developing cerebellum.2018
Author(s)
Uesaka N, Abe M, Konno K, Yamazaki M, Sakoori K, Watanabe T, Kao T-H, Mikuni T, Watanabe M, Sakimura K, Kano M
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Journal Title
Neuron
Volume: 97
Pages: 796-805
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] PRRT2 deficiency induces paroxysmal kinesigenic dyskinesia by regulating synaptic transmission in cerebellum.2018
Author(s)
Tan GH, Liu YY, Wang L, Li K, Zhang ZQ, Li HF, Yang ZF, Li Y, Li D, Wu MY, Yu CL, Long JJ, Chen RC, Li LX, Yin LP, Liu JW, Cheng XW, Shen Q, Shu YS, Sakimura K, Liao LJ, Wu ZY, Xiong ZQ.
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Journal Title
Cell Res.
Volume: 28
Pages: 90-110
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Targeting the SphK1/S1P/S1PR1 axis that links obesity, chronic inflammation and breast cancer metastasis.2018
Author(s)
Nagahashi M, Yamada A, Katsuta E, Aoyagi T, Huang WC, Terracina KP, Hait NC, Allegood JC, Tsuchida J, Yuza K, Nakajima M, Abe M, Sakimura K, Milstien S, Wakai T, Spiegel S, Takabe K.
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Journal Title
Cancer Res.
Volume: 78
Pages: 1713-1725
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Serotonin rebalances cortical tuning and behavior linked to autism symptoms in 15q11-13 CNV mice.2017
Author(s)
Nakai N, Nagano M, Saitow F, Watanabe Y, Kawamura Y, Kawamoto A, Tamada K, Mizuma H, Onoe H, Watanabe Y, Monai H, Hirase H, Nakatani J, Inagaki H, Kawada T, Miyazaki T, Watanabe M, Sato Y, Okabe S, Kitamura K, Kano M, Hashimoto K, Suzuki H, Takumi T
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Journal Title
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Alternative splicing in the C-terminal tail of CaV2.1 is essential for preventing a neurological disease in mice.2017
Author(s)
Watase K, Aikawa T, Watanabe T, Miyazaki T, Mikuni T, Mogushi K, Tanaka H, Wakamori M, Tewari A, Khodakhahh K, Sakurai M, Aizawa H, Watanebe M, Kano M, Mizusawa H
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Journal Title
Hum Mol Genet
Volume: 26
Pages: 3094-3104
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Retrograde BDNF to TrkB signaling promotes synapse elimination in the developing cerebellum.2017
Author(s)
Choo M, Miyazaki T, Yamazaki M, Kawamura M, Nakazawa T, Zhang J, Tanimura A, Uesaka N, Watanabe M, Sakimura K, Kano M
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Journal Title
Nat Commun
Volume: 8
Pages: 195
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Atg9a deficiency causes axon-specific lesions including neuronal circuit dysgenesis.2017
Author(s)
Yamaguchi J, Suzuki C, Nanao T, Kakuta S, Ozawa K, Tanida I, Saitoh T, Sunabori T, Komatsu M, Tanaka K, Aoki S, Sakimura K, Uchiyama Y.
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Journal Title
Autophagy.
Volume: May 17
Pages: 43, 114
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Impaired lymphocyte trafficking in mice deficient in the kinase activity of PKN1.2017
Author(s)
Mashud R, Nomachi A, Hayakawa A, Kubouchi K, Danno S, Hirata T, Matsuo K, Nakayama T, Satoh R, Sugiura R, Abe M, Sakimura K, Wakana S, Ohsaki H, Kamoshida S, Mukai H.
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Journal Title
Sci Rep.
Volume: 7
Pages: 7663
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Potentiation of excitatory synaptic transmission ameliorates aggression in mice with Stxbpl haploinsufficiency.2017
Author(s)
Miyamoto H, Shimohata A, Abe M, Abe T, Mazaki E, Amano K, Suzuki T, Tatsukawa T, Itohara S, Sakimura K, Yamakawa K.
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Journal Title
Hum Mol Genet.
Volume: 26
Pages: 4961-4974
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] An RNA-binding protein, Qki5, regulates embryonic neural stem cells through pre-mRNA processing in cell adhesion signaling.2017
Author(s)
Hayakawa-Yano Y, Suyama S, Nogami M, Yugami M, Koya I, Furukawa T, Zhou L, Abe M, Sakimura K, Takebayashi H, Nakanishi A, Okano H, Yano M.
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Journal Title
Genes Dev.
Volume: 31
Pages: 1910-1925
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Chondroitin Sulfate Is Required for Onset and Offset of Critical Period Plasticity in Visual Cortex2017
Author(s)
Hou X, Yoshioka N, Tsukano H, Sakai A, Miyata S, Watanabe Y, Yanagawa Y, Sakimura K, Takeuchi K, Kitagawa H, Hensch TK, Shibuki K, Igarashi M, Sugiyama S.
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Journal Title
Sci Rep.
Volume: 7
Pages: 12646
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] RNG105/caprinl, an RNA granule protein for dendritic mRNA localization, is essential for long-term memory formation.2017
Author(s)
Nakayama K, Ohashi R, Shinoda Y, Yamazaki M, Abe M, Fujikawa A, Shigenobu S, Futatsugi A, Noda M, Mikoshiba K, Furuichi T, Sakimura K, Shiina N.
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Journal Title
Elife.
Volume: 6
Pages: e29677
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Serotonin Rebalances Cortical Tuning and Behavior Linked to Autism Symptoms in 15q11-13 CNV Mice2017
Author(s)
Nakai N, Nagano M, Saitow F, Watanabe Y, Kawamura Y, Mizuma H, Onoue H, Tamada K, Monai H, Hirase H, Miyazaki T, Watanabe M, Okabe S, Kano M, Hahimoto K, Suzuki H, Takumi T
Organizer
第40回日本神経科学大会
Int'l Joint Research
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[Presentation] The metabotropic glutamate receptor subtype 1 mediates visual-experience dependent maintenance of synaptic connectivity in the dorsal lateral geniculate nucleus2017
Author(s)
M. NARUSHIMA, M. UCHIGASHIMA, Y. YAGASAKI, T. HARADA, Y. NAGUMO, N. UESAKA, K. HASHIMOTO, A. AIBA, M. WATANABE, M. MIYATA, M. KANO
Organizer
Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] Serotonin rebalances cortical tuning and behavior linked to autism symptoms in 15q11-13 duplication mice2017
Author(s)
N. NAKAI, M. NAGANO, F. SAITOW, Y. WATANABE, Y. KAWAMURA, K. TAMADA, H. MONAI, H. HIRASE, H. MIZUMA, H. ONOE, T. MIYAZAKI, M. WATANABE, S. OKABE, M. KANO, K. HASHIMOTO, H. SUZUKI, T. TAKUMI
Organizer
Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] Rational engineering of XCaMPs, a multicolor GECI suite for In vivo imaging of brain circuit dynamics2017
Author(s)
M. INOUE, A. TAKEUCHI, S. MANITA, S. -I. HORIGANE, R. KAWAKAMI, K. YAMAGUCHI, M. SAKAMOTO, H. YOKOYAMA, R. KIM, S. TAKEMOTO-KIMURA, M. ABE, K. SAKIMURA, T. NEMOTO, M. KANO, H. FUJII, K. KITAMURA, H. BITO
Organizer
Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] Roles of Arc/arg3.1 on surface expression dynamics of AMPA receptors during structural plasticity and on cognitive refinement processes2017
Author(s)
H. OKUNO、Y. ISHII, T. ENDO, M. UEHARA, Y. SUZUKI, K. MINATOHARA, A. ARAKI, M. ABE, I. IMAYOSHI, M. KAKEYAMA, K. SAKIMURA, H. BITO
Organizer
Society for Neuroscience 2017 Annual Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] Activation of mTORC1 signaling in cerebellar Purkinje cells causes cell death and hypertrophy of Purkinje cells.2017
Author(s)
Sakai, Y., Kassai, H., Nakayama, H., Nakao, K., Maeda, T., Hashimoto, K., Kano, M., Aiba, A.
Organizer
第40回日本神経科学大会
Int'l Joint Research