サル脊髄損傷モデルにおける大脳運動関連領野の可塑的神経メカニズムの解明

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Mechanisms underlying the functional shift of brain neural circuitry for behavioral adaptation
• Project/Area Number: 17H05567
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 高田 昌彦 京都大学, 霊長類研究所, 教授 (00236233)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Keywords: 脊髄損傷 / 皮質脊髄路 / 大脳運動関連領野 / 樹状突起 / 霊長類

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、解剖学的および生理学的にヒトに近縁のマカクザルを用いて、脊髄損傷後の前頭葉運動関連領野でみられる可塑的変化を形態学的に明らかにし、機能回復の中枢メカ二ズムに迫ることを目的としている。具体的には、健常個体と脊髄損傷後の急性期と慢性期における運動関連領野の樹状突起および樹状突起スパインの形態変化と運動機能回復との相関について検討する。平成30年度は前年度に引き続いて、「大脳運動関連領野における錐体細胞の樹状突起と樹状突起スパインの形態学的解析」を中心に研究計画を遂行した。まず、健常個体において皮質内微小刺激法により同定した一次運動野、補足運動野、運動前野背側部および腹側部の４つの運動関連領野の手指領域を対象にして、ゴルジ染色法を用いて、皮質脊髄路の起始ニューロンである各領野の第Ｖ層巨大錐体細胞の樹状突起と樹状突起スパインの形態を解析した。樹状突起については、Sholl analysisによりその形態（複雑さ）を解析し、樹状突起スパインについては、細胞体から20 μmに位置するスパイン数をカウントすることによりその局在分布を解析するとともに、形状を５種類（filopodia、thin、stabby、mushroom、branched types）に分類し、成熟スパインか未成熟スパインかを判定した。その結果、運動関連領野間における皮質脊髄路の起始ニューロンの形態学的差異が明らかになった。次に、脊髄損傷後の急性期（約10日後）における樹状突起および樹状突起スパインの形態変化を解析した結果、脊髄損傷後の運動機能の低下に伴って、各運動関連領野に分布する巨大錐体細胞の樹状突起の長さは短縮し、スパインの密度は低下していることが明らかになった。以上の結果は、脊髄損傷による運動機能低下には、一次運動野だけでなく運動関連領野全体が関与している可能性を示唆している。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Enhancement of the transduction efficiency of a lentiviral vector for neuron-specific retrograde gene delivery through the point mutation of fusion glycoprotein type E (2019)
  • Author(s): Kato Shigeki、Sugawara Masateru、Kobayashi Kenta、Kimura Kei、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko、Kobayashi Kazuto
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Methods Volume: 311 Pages: 147～155
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2018.10.023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A note on retrograde gene transfer efficiency and inflammatory response of lentiviral vectors pseudotyped with FuG-E vs. FuG-B2 glycoproteins (2019)
  • Author(s): Tanabe Soshi、Uezono Shiori、Tsuge Hitomi、Fujiwara Maki、Miwa Miki、Kato Shigeki、Nakamura Katsuki、Kobayashi Kazuto、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Pages: 3567
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39535-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multisynaptic Projections from the Amygdala to the Ventral Premotor Cortex in Macaque Monkeys: Anatomical Substrate for Feeding Behavior (2018)
  • Author(s): Ishida Hiroaki、Inoue Ken-ichi、Takada Masahiko
  • Journal Title: Frontiers in Neuroanatomy Volume: 12 Pages: 3
  • DOI: 10.3389/fnana.2018.00003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Primate Nigrostriatal Dopamine System Regulates Saccadic Response Inhibition (2018)
  • Author(s): Ogasawara Takaya、Nejime Masafumi、Takada Masahiko、Matsumoto Masayuki
  • Journal Title: Neuron Volume: 100 Pages: 1513～1526.e4
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.10.025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recruitment of calbindin into nigral dopamine neurons protects against MPTP-Induced parkinsonism (2018)
  • Author(s): Inoue Ken-ichi、Miyachi Shigehiro、Nishi Katsunori、Okado Haruo、Nagai Yuji、Minamimoto Takafumi、Nambu Atsushi、Takada Masahiko
  • Journal Title: Movement Disorders Volume: 34 Pages: 200～209
  • DOI: 10.1002/mds.107
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Treatment With the Neutralizing Antibody Against Repulsive Guidance Molecule-a Promotes Recovery From Impaired Manual Dexterity in a Primate Model of Spinal Cord Injury (2018)
  • Author(s): Nakagawa Hiroshi、Ninomiya Taihei、Yamashita Toshihide、Takada Masahiko
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: 29 Pages: 561～572
  • DOI: 10.1093/cercor/bhx338
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preferential Representation of Past Outcome Information and Future Choice Behavior by Putative Inhibitory Interneurons Rather Than Putative Pyramidal Neurons in the Primate Dorsal Anterior Cingulate Cortex (2018)
  • Author(s): Kawai Takashi、Yamada Hiroshi、Sato Nobuya、Takada Masahiko、Matsumoto Masayuki
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1093/cercor/bhy103
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 融合糖タンパク質E型変異体を用いた神経特異的逆行性ウイルスベクターによるマーモセット脳内への遺伝子導入効率の向上 (2019)
  • Author(s): 菅原正晃、加藤成樹、木村 慧、井上 謙一、高田 昌彦、小林 和人
  • Organizer: 第8回日本マーモセット研究会大会
• [Presentation] Retrograde gene transfer efficacy and inflammatory response of HiRet vs. NeuRet lentiviral vectors in the motor cortical input system of nonhuman primates and rodents. (2019)
  • Author(s): Otsuka Y, Tsuge H, Uezono S, Tanabe S, Fujiwara M, Miwa M, Kato S, Nakamura K, Kobayashi K, Inoue K, Takada M
  • Organizer: 第8回日本マーモセット研究会大会
• [Presentation] Retrograde gene transfer efficacy and inflammatory response of lentiviral vectors pseudotyped with FuG-E vs. FuG-B2 glycoproteins in the striatal input system of primates and rodents. (2019)
  • Author(s): Tanabe S, Uezono S, Tsuge H, Fujiwara M, Nagaya K, Nagaya N, Sugawara M, Miwa M, Konoike N, Kato S, Nakamura K, Kobayashi K, Inoue K, Takada M
  • Organizer: 第8回日本マーモセット研究会大会
• [Presentation] Deep brain stimulation of the ventral midbrain facilitates the output to forelimb muscles via the primary motor cortex in monkeys. (2019)
  • Author(s): Suzuki M, Inoue K, Nakagawa H, Isa T, Takada M, Nishimura Y
  • Organizer: 3rd International Brain Stimulation Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 霊長類脳への神経細胞特異的かつ高効率な遺伝子導入を実現する改変AAVベクターの開発. (2019)
  • Author(s): 木村 慧、永井 裕司、田辺 創思、Zheng Andi、Oh Jungmin、藤原 真紀、中野 真由子、南本 敬史、井上 謙一、高田 昌彦
  • Organizer: 第8回 生理研-霊長研-新潟脳研 合同シンポジウム
• [Presentation] Morphological differences of large layer V pyramidal neurons in the cortical motor-related areas of the primate models of spinal cord injury. (2019)
  • Author(s): 高田裕生、中川浩、山中創、高田昌彦
  • Organizer: 第8回 生理研-霊長研-新潟脳研 合同シンポジウム
• [Presentation] Recruitment of calbindin into nigral dopamine neurons protects against drug-induced parkinsonism. (2019)
  • Author(s): Takada M
  • Organizer: AD/PD 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Automatic time-recording test apparatus for marmoset using Raspberry pi. (2018)
  • Author(s): Oishi T, Ueno L, Takada M
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Semaphorins and their transcriptional regulators limit axonal regeneration after spinal cord injury. (2018)
  • Author(s): Nakamura Y, Ueno M, Nakagawa H, Niehaus J, Takebayashi H, Lu Q.R, Takada M, Yoshida Y
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Morphological changes of large layer V pyramidal neurons in the monkey motor-related areas after spinal cord injury. (2018)
  • Author(s): Takata Y, Nakagawa H, Yamanaka H, Takada M
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] A test battery to assess depression-like behaviors in common marmosets. (2018)
  • Author(s): Yamanaka H, Ishibashi H, Takada M, Nakamura K
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Neuron-specific efficient gene transduction in the primate brain with modified AAV vectors. (2018)
  • Author(s): Kimura K, Tanabe S, Fujiwara M, Nakano M, Nagai Y, Minamimoto T, Inoue K, Takada M
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Lentiviral vectors pseudotyped with FuG-E and FuG-E2 glycoprotein suitable for retrograde gene transfer into neural networks involving cerebral cortical areas in nonhuman primates and rodents. (2018)
  • Author(s): Otsuka Y, Tsuge H, Uezono S, Tanabe S, Fujiwara M, Miwa M, Kato S, Nakamura K, Kobayashi K, Inoue K, Takada M
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Using PET imaging to monitor chemogenetic manipulation of nigrostriatal dopamine system in common marmoset. (2018)
  • Author(s): Mimura K, Nagai Y, Inoue K, Suhara T, Takada M, Minamimoto T
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] PET imaging of selective control of neural activity with a novel DREADD agonist. (2018)
  • Author(s): Nagai Y, Miyakawa N, Huang X, Slocum S, Ono M, Inoue K, Yan X, Liu J, English J, Shimojo M, Mimura K, Hirabayashi T, Bin J, Kumata K, Higuchi M, Zhang M, Takada M, Jin J, Roth B, Minamimoto T
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Enhanced gene transfer efficiency of neuron-specific retrograde lentiviral vector with variants of fusion glycoprotein type E into the mouse and common marmoset brains. (2018)
  • Author(s): Sugawara M, Kato S, Kimuta K, Inoue K, Takada M, Kobayashi K
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Pathway-selective optogenetic modulation of value-biased saccade circuits in the monkey basal ganglia. (2018)
  • Author(s): Amita H, Hikosaka O, Hyoung F.K, Inoue K, Takada M
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] Microarchitecture of binocular disparity processing in V2: combined use of intrinsic optical imaging and 2-photon Ca2+ imaging. (2018)
  • Author(s): Fang Y, Hatanaka G, Inagaki M, Inoue K, Takada M, Fujita I
  • Organizer: International Workshop "Monitoring and manipulating brain function in non-human primates"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-resolution imaging of primate brains using FAST. (2018)
  • Author(s): Hashimoto H, Seiriki K, Kasai A, Nakazawa T, Inoue K, Takada M
  • Organizer: International Workshop "Monitoring and manipulating brain function in non-human primates"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Using PET imaging to monitor chemogenetic manipulation of nigrostriatal dopamine system in common marmoset. (2018)
  • Author(s): Mimura K, Nagai Y, Inoue K, Matsumoto J, Suhara T, Nishijo H, Takada M, Minamimoto T
  • Organizer: International Workshop "Monitoring and manipulating brain function in non-human primates"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neuron-specific efficient gene transduction in the primate brain with modified AAV vectors. (2018)
  • Author(s): Kimura K, Tanabe S, Fujiwara M, Nagai Y, Minamimoto T, Inoue K, Takada M
  • Organizer: International Workshop "Monitoring and manipulating brain function in non-human primates"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Differences in retrograde gene transfer efficiency and cytotoxicity between lentiviral vectors pseudotyped with FuG-E, FuG-E2, and FuG-B2 glycoprotein in primate brains. (2018)
  • Author(s): Otsuka Y, Tanabe S, Tsuge H, Uezono S, Fujiwara M, Miwa M, Kato S, Nakamura K, Kobayashi K, Inoue K, Takada M
  • Organizer: International Workshop "Monitoring and manipulating brain function in non-human primates"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マーモセットの帯状皮質を巡る基底核連関構築様式. (2018)
  • Author(s): 上園志織、田辺創思、藤原真紀、柘植仁美、中村克樹、井上謙一、高田昌彦
  • Organizer: 第33回 日本大脳基底核研究会
• [Presentation] 高精細全脳イメージング技術FASTの開発と精神疾患モデルマウスの病態解析. (2018)
  • Author(s): 勢力薫、笠井淳司、丹生光咲、田沼将人、五十嵐久人、中澤敬信、山口瞬、井上謙一、高田昌彦、橋本均
  • Organizer: 第68回日本薬学会近畿支部総会・大会
• [Presentation] Optogenetic activation of cutaneous and proprioceptive afferent in the rat sciatic nerve. (2018)
  • Author(s): Kubota S, Sidikejiang W, Kudoh M, Inoue K, Umeda T, Takada M, Seki K
  • Organizer: Neuroscience 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Morphological changes of layer-V pyramidal cells in motor-related areas in a primate model of spinal cord injury. (2018)
  • Author(s): Takata Y, Nakagawa H, Yamanaka H, Takada M
  • Organizer: Neuroscience 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enhanced therapeutic effect of repetitive transcranial magnetic stimulation combined with anti-RGMa antibody treatment in a monkey model of spinal cord injury. (2018)
  • Author(s): Yamanaka H, Takata Y, Nakagawa H, Yamashita T, Takada M
  • Organizer: Neuroscience 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] サル脊髄損傷モデルにおける運動機能変化と運動関連領野５層巨大錐体細胞の形態学変化の関係について. (2018)
  • Author(s): 高田裕生、中川浩、山中創、高田昌彦
  • Organizer: 第23回 日本基礎理学療法学会
• [Presentation] サル腹側中脳は一次運動野を介して筋出力を促通する. (2018)
  • Author(s): 鈴木迪諒、井上謙一、中川浩、伊佐正、高田昌彦、西村幸男
  • Organizer: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム
• [Remarks] 京都大学霊長類研究所 統合脳システム分野 ホームページ
  • URL: http://www.pri.kyoto-u.ac.jp/sections/systems_neuroscience/index.html