2014 Fiscal Year Annual Research Report
中枢神経系ニューロンの多様な樹状突起パターン形成機構
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26290005
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
見学 美根子 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 教授 (10303801)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 発生・発達・再生神経科学 / 樹状突起 / ライブイメージング / 数理モデル / 細胞分化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中枢神経系発生過程でニューロン樹状突起が多様な分岐パターンを獲得するダイナミクスと機構を明らかにすることを目標とし、パターン多様性の典型例である小脳プルキンエ細胞（空間充填型樹状突起）と海馬錐体細胞（サンプリング型樹状突起）をモデルとして研究を行った。平成26年度は、小脳プルキンエ細胞の樹状突起パターン維持機構に取り組み、樹状突起に局在するミトコンドリアのATP局所産生が樹状突起の持続的伸長と維持に必須であることを明らかにした。さらにミトコンドリア由来のATPはクレアチンキナーゼにより末端まで運搬され、コフィリン活性制御を介してアクチン代謝を促進することを明らかにした。これらの成果をまとめて論文投稿し、受理された。また、空間充填パターンに必須の突起重複回避の分子機構を探索した。重複回避に関わるとされるプロトカドヘリンの機能解析を行ったが、ノックアウト細胞で重複異常による突起交叉より突起束化（接着異常）が強く現れることが明らかになった。そこで方針を変更して他の候補因子の機能解析を行い、IBARドメイン分子Mtss1の機能阻害で、重複回避の亢進による突起数の減少が起こることを見出した。さらにMtss1機能に必要な分子領域の絞り込みを行い、分子経路同定の準備を調えた。一方、サンプリング型樹状突起の海馬錐体細胞と起源の近い歯状回顆粒細胞の形態分化を初代培養系で比較解析した。生体脳における両細胞の形態的差異は基底樹状突起形成の有無であるが、培養下ではどちらにも基底樹状突起が形成され、見分けのつかない相似形態を呈することが明らかになった。両者の違いを生むダイナミクスを長期生細胞イメージングにより定量解析し、尖端樹状突起が未分化な樹状突起の競合を経て選択される現象を見出した。これらの成果をまとめ論文発表した。
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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
研究目標に対し３つの課題を設定して取り組み、２つの課題について成果がまとまり各々論文として発表することができた。空間充填型樹状突起の重複回避機構については、解析の中心と考えていたプロトカドヘリン分子欠損の表現型が予想と反するものであったが、別に解析を行っていたMtss1の関与が明らかになり、次年度に向け分子機構解析への準備が整った。研究の進捗は順調であり、年度内の目標を上回る成果があったと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
海馬錐体細胞と歯状回顆粒細胞が基本設計を共有しつつ、錐体細胞のみで発達し顆粒細胞で発達しない基底樹状突起の形成機構に迫る予定であったが、培養下では顆粒細胞でも基底樹状突起が形成されることが分かり、両者の違いはプログラムではなく細胞外環境によるものである可能性が高まった。従ってこれまでのデータを論文にまとめ、当初予定していた両細胞間のアレイ解析は行わないこととした。27年度以降は樹状突起維持におけるミトコンドリア機能と生合成制御の解析をさらに発展させる。また樹状突起重複回避機構を司ることが示唆されたMtss1によるの分子シグナルの詳細を明らかにする。
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Research Products
(10 results)
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[Journal Article] Synergistic action of dendritic mitochondria and creatine kinase maintains ATP homeostasis and actin dynamics in growing neuronal dendrites.2015
Author(s)
Fukumitsu, K., Fujishima, K., Yoshimura, A., Wu, Y.K., Heuser, J. and Kengaku, M.
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Journal Title
J. Neurosci.
Volume: 35(14)
Pages: 5707-5723
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Control of spontaneous Ca2+ transients is critical for neuronal maturation in the developing neocortex.2015
Author(s)
Bando, Y., Irie, K., Shimomura, T., Umeshima, H., Kushida, Y., Kengaku, M., Fujiyoshi, Y., Hirano, T. and Tagawa, Y.
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Journal Title
Cereb Cortex.
Volume: in press
Pages: 未定
DOI
Peer Reviewed
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