Target analyses of Otx2 homeoprotein in postnatal plasticity

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26430010
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 杉山 清佳 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (10360570)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 臨界期 / ホメオ蛋白質 / 視覚野 / 抑制性介在ニューロン

Outline of Annual Research Achievements

子どもの脳には、経験に応じて神経回路を柔軟に形成する「臨界期」がある。これまでに申請者は、ホメオ蛋白質Otx2が経験によって大脳視覚野の抑制性介在ニューロンに運ばれ、視覚の臨界期を制御することを明らかにした。神経回路の可塑性に関与することが明らかになっているホメオ蛋白質および転写因子は数少ない。そこで本研究では、Otx2の標的遺伝子としてホメオ蛋白質・転写因子に注目し、臨界期への関与を明らかにすることを目的とした。
まず、Otx2が遺伝子のプロモーター領域に結合し、直接的に発現調節をし得る遺伝子について網羅的に探索を行った（ChIP-seq解析）。その結果、Otx2が直接プロモーター領域に結合するホメオ蛋白質、数十種類を見出した。さらに、得られたOtx2標的遺伝子の中からOtx2変異マウスを用いて発現解析（RNA-seq等）を行い、Otx2の減少によって実際に発現が変化する遺伝子をスクリーニングして、有意な差が認められる数種のホメオ蛋白質を同定した。同定したホメオ蛋白質については、現在、変異マウスの解析などを遂行し、臨界期における役割を検討している。
さらに、Otx2の標的遺伝子として転写因子が最も多く含まれていたことから、ホメオ蛋白質だけでなく転写因子全体に範囲を広げOtx2依存的に発現を制御される転写因子を同定した。すると、神経活動依存的に発現が増減する最初期遺伝子群が、Otx2による発現調節を受けることが分った。最初期遺伝子の多くは、シナプス結合の強度や可塑性に関与することが示唆されている。Otx2は最初期遺伝子の発現制御領域において「待機状態（神経活動により即転写を開始できる状態）」を作り出す可能性が推測される。このことは、Otx2と標的となる転写因子カスケードが、臨界期だけでなく、回路の可塑性に広く関与することを示唆している。

Research Products

• [Journal Article] Chondroitin Sulfate Is Required for Onset and Offset of Critical Period Plasticity in Visual Cortex (2017)
  • Author(s): Xubin Hou, Nozomu Yoshioka, Hiroaki Tsukano, Akiko Sakai, Shinji Miyata, Yumi Watanabe, Yuchio Yanagawa, Kenji Sakimura, Kosei Takeuchi, Hiroshi Kitagawa, Takao Hensch, Katsuei Shibuki, Michihiro Igarashi, Sayaka Sugiyama
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: ― Pages: ―
  • DOI: in press
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Genome-Wide Target Analyses of Otx2 Homeoprotein in Postnatal Cortex (2017)
  • Author(s): Akiko Sakai, Ryuichiro Nakato, Yiwei Ling, Xubin Hou, Norikazu Hara, Tomoya Iijima, Yuchio Yanagawa, Ryozo Kuwano, Shujiro Okuda, Katsuhiko Shirahige, Sayaka Sugiyama
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: ― Pages: ―
  • DOI: in press
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 臨界期の機構 ― こどもの脳の柔軟性を紐解く (2017)
  • Author(s): 酒井晶子、杉山清佳
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 68 Pages: 54-58
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Transcriptional regulation of homeoprotein in postnatal cortical plasticity (2017)
  • Author(s): Sugiyama S
  • Organizer: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2017-07-20 – 2017-07-23
  • Invited
• [Presentation] Identification of Otx2-eIF4E targetome in cortical plasticity with RNA immunoprecipitation-sequencing (2016)
  • Author(s): Hou X, Ling Y, Sakai A, Okuda S and Sugiyama S
  • Organizer: The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
• [Presentation] Experience-dependent maturation of inhibitory circuits in ocular dominance plasticity (2016)
  • Author(s): Sugiyama S and Hou X
  • Organizer: The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-22
  • Invited