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 2021)
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| Budget Amount *help |
¥59,150,000 (Direct Cost: ¥45,500,000、Indirect Cost: ¥13,650,000)
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 | スパイン / 長期可塑性 / 臨界期 / 大脳皮質 / ゲノム編集 / 分子標識 / イメージング / 眼優位可塑性 / 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 |
私たちの脳には生後発達の一時期に経験依存的な神経回路再編能が高まる臨界期が備わっている。ニューロン上に形成される小さな突起構造であるスパインは、興奮性シナプス入力を受けることによって神経回路の接続を担うと同時に、神経伝達の強度に応じてその構造および機能を変化させる可塑性を持つ。そのため、スパインは神経回路再編が行われやすい臨界期において可塑性の高い状態を持続すると考えられる。しかし、これを裏付けるスパインの分子形態基盤は不明である。本研究では、臨界期のモデルとしてよく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。本年度は、シナプス長期可塑性に関与するとされる10種類の分子に対して、それぞれに高感度タグを付加するためのゲノム編集の設計およびプラスミド構築を行い、子宮内電気穿孔法による生体内ゲノム編集実験を行った。ゲノム編集を行ったマウスの固定脳組織を用いて組織学的解析を進めた結果、標識を行った分子の一部について、標識シグナルがスパインに集積する様子が観察された。それらのシグナルを生体マウスの一次視覚野にてタイムラプス観察を行うため、2光子顕微鏡を用いたイメージング実験の準備を進めている。
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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
本年度は計画通り、シナプス長期可塑性に関与する分子10種類についてゲノム編集の設計およびプラスミド構築を行い、子宮内電気穿孔法によるゲノム編集実験を行った。本年度は研究開始からの期間が短かったため、ゲノム編集の結果が全て揃っていないが、一部の分子の標識にすでに成功していることから、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 |
次年度も引き続き、ゲノム編集による分子標識実験を継続する。標識がうまくいかない場合は、gRNAを変更する等のトラブルシューティングを適宜行うことで、可能な限り多くの標識分子レパートリーを揃える。これと同時に、生体マウスの一次視覚野を用いたタイムラプスイメージング実験を行う準備を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
