Analysis of Molecular Dynamics for Structural Spine Plasticity during the Critical Period
| Project Area | Inducing lifelong plasticity (iPlasticity) by brain rejuvenation: elucidation and manipulation of critical period mechanisms |
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| Project/Area Number |
20H05918
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
内ヶ島 基政 新潟大学, 脳研究所, 准教授 (10614662)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥59,150,000 (Direct Cost: ¥45,500,000、Indirect Cost: ¥13,650,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2020: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000)
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| Keywords | 臨界期 / スパイン / 可塑性 / 分子標識 / イメージング / 眼優位可塑性 / ゲノム編集 / 長期可塑性 / 大脳皮質 / シナプス可塑性 / マウス |
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| Outline of Research at the Start |
神経回路再編能は生後発達期にピークを迎え(臨界期)、その後は急激に低下する。しかし、その細胞内メカニズムの詳細は不明である。この解明のため、本研究はニューロンが情報入力を受ける場として神経回路再編に関わるスパインの構造長期可塑性に着目する。まずスパインの構造長期可塑性に関連する内在タンパク質を標識し、各スパインにおける構造長期可塑性を可視化する。次にこれをマウス大脳皮質一次視覚野の臨界期に応用し、臨界期とスパイン構造長期可塑性の関係を見出す。さらに臨界期発現に重要な興奮/抑制バランスを操作した際のスパイン構造長期可塑性を調べることで、臨界期の神経回路再編を制御するメカニズムの解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、臨界期のモデルとして研究されてきたマウス一次視覚野の眼優位可塑性に着目し、独自に開発した生体内ゲノム編集に基づいた単一ニューロン高感度分子局在解析技術を用いて、眼優位可塑性を誘導した際に見られる様々なスパイン分子の分布パターンおよび動態を生体から固定組織に至るまでシームレスに観察する。当初予定されたシナプス長期可塑性に関与するとされる10種類の分子のうち、これまでにAMPA受容体のサブユニットを含む6種類の分子について、子宮内電気穿孔法あるいはアデノ随伴ウイルスベクターを介した化学タグ標識に成功した。さらに、化学タグが細胞内外の分子を識別できる利点を生かすことによって、シナプスに発現するAMPA受容体のうち、細胞表面でイオンチャネルとして機能する細胞表面プールと細胞内にてシナプス可塑性に備える細胞内プールを1スパイン毎に標識仕分けることにも成功した。シグナルの定量解析により、個々のスパインにおける細胞内外のAMPA受容体発現シグナルは、スパインの構造可塑性の指標とされるスパイン体積に対して正の相関を示した。これは機能的なAMPA受容体の分布を1スパインレベルで調べた過去の報告に一致する。したがって、本研究で開発された新規の分子標識技術は内在シナプス分子を正しく標識していることを示している。一方、一部の標識分子はスパイン体積との相関を示さなかった。現在は、この分子がスパインの構造可塑性とどのような関係にあるかを調べるため、分子標識が行われたニューロンに対してグルタミン酸アンケイジングによるスパイン構造可塑性誘導実験を予定している。
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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
当初の計画通り、複数のシナプス長期可塑性関連分子の定量的な標識に成功し、1スパインにおける分子標識シグナルの強度とスパイン体積との相関を調べることができたため、本研究は概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度に得たスパイン体積と正の相関を示さない分子のスパイン構造可塑性における役割を明らかにする目的で、分子標識が行われた大脳皮質ニューロンに対してグルタミン酸アンケイジングによるスパイン構造可塑性誘導実験を予定している。さらに、一次視覚野におけるin vivoライブセルイメージング
を行う。もし2光子in vivoイメージングを行う上で内在分子のシグナルが十分な輝度を得られない場合は、スプリットGFPをタンデムに連結するなどの方策を試す。これらに加え、今年度も引き続きシナプス長期可塑性にて重要な役割が知られる分子標識を目指してゲノム編集ライブラリーのさらなる拡充を図る。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Specific Neuroligin3?αNeurexin1 signaling regulates GABAergic synaptic function in mouse hippocampus2020
Author(s)
Uchigashima M, Konno K, Demchak E, Cheung A, Watanabe T, Keener D G, Abe M, Sakimura K, Sasaoka T, Uemura T, Imamura Karasawa Y, Watanabe M, Futai K.
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Journal Title
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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