Ｉｎ ｖｉｖｏイメージングで解明するプルキンエ細胞のダイナミックな形態発達機構

• Project/Area Number: 14J07589
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 竹尾 ゆかり 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 樹状突起 / 小脳 / プルキンエ細胞 / 神経活動 / 回路形成 / 樹状突起発達 / in vivoイメージング / 2光子顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

発達中の小脳プルキンエ細胞において、生後8日目前後に樹状突起が1本化する過程で、シナプス入力がどのように樹状突起の形成を制御するのかを検討した。この時期には、プルキンエ細胞に投射する主な興奮性入力軸索である登上線維および平行線維も、シナプスを形成成熟させる。そこで、これらのシナプスの形成の有無が、プルキンエ細胞樹状突起の退縮あるいは伸長を決定づけるのではないかと考え、この仮説を検証した。まず、すべての登上線維に蛍光蛋白質YellowCameleonを発現するマウスを用いて、プルキンエ細胞樹状突起形成過程の登上線維を観察したところ、樹状突起1本化過程においては、登上線維は主にプルキンエ細胞の細胞体へ投射しており、樹状突起へはほとんどシナプスを形成していないことが明らかになった。したがって樹状突起における登上線維シナプスの役割は否定された。一方、プルキンエ細胞への平行線維シナプスの影響に関し、同シナプスが顕著に減少するCbln1ノックアウトマウスを利用してその具体的役割を検討したところ、生後14日目以降においてはプルキンエ細胞樹状突起の形態を制御することが示唆された。
また、プルキンエ細胞の神経活動が樹状突起形態を制御する分子機構を検討した。プルキンエ細胞において神経活動を抑制するためKir2.1を過剰発現させると、樹状突起1本化が抑制される。一方、Kir2.1と同時に、CaMK2alphaの恒常活性型変異体を過剰発現していれば、樹状突起1本化が正常に起きることが明らかになった。したがって、CaMK2alphaが、神経活動の下流で働くことが、樹状突起1本化に必要であることが示唆された。
これらの研究成果から、プルキンエ細胞樹状突起の形成における、シナプス入力や、神経活動の役割とその分子機構を明らかにすることができた。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] MTCL1 plays an essential role in maintaining Purkinje neuron axon initial segment. (2017)
  • Author(s): Satake T, Yamashita K, Hayashi K, Miyatake S, Tamura-Nakano M, Doi H, Furuta Y, Shioi G, Miura E, Takeo YH, Yoshida K, Yahikozawa H, Matsumoto N, Yuzaki M, Suzuki A.
  • Journal Title: EMBOJ Volume: 36 Issue: 9 Pages: 1227-1242
  • DOI: 10.15252/embj.201695630
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A novel non-canonical Notch signaling regulates expression of synaptic vesicle proteins in excitatory neurons (2016)
  • Author(s): Hayashi Y, Nishimune H, Hozumi K, Saga Y, Harada A, Yuzaki M, Iwatsubo T, Kopan R, Tomita T.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 6 Issue: 1 Pages: 23969-23969
  • DOI: 10.1038/srep23969
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] RORalpha regulates multiple aspects of dendrite development in cerebellar Purkinje cells in vivo. (2015)
  • Author(s): Takeo, Y.H., Kakegawa, W., Miura, E., Yuzaki, M.
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 35 Issue: 36 Pages: 12518-12534
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0075-15.2015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Purkinje細胞の樹状突起形成機構―新しい方法で古い転写因子RORα役割解明に挑む (2015)
  • Author(s): 竹尾 ゆかり、柚﨑 通介
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 255 Pages: 940-946
• [Journal Article] Anterograde C1ql1 signaling is required in order to determine and maintain a single-winner climbing fiber in the mouse cerebellum. (2015)
  • Author(s): Kakegawa W, Mitakidis N, Miura E, Abe M, Matsuda K, Takeo YH, Kohda K, Motohashi J, Takahashi A, Nagao S, Muramatsu SI, Watanabe M, Sakimura K, Aricescu AR, Yuzaki M
  • Journal Title: Neuron Volume: 85 Issue: 2 Pages: 316-329
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2014.12.020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Multiple roles of RORα in dendritic development of cerebellar Purkinje cells in vivo (2015)
  • Author(s): Yukari H. Takeo
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2015-07-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optogenetic control of the function of the Golgi apparatus in neurons (2014)
  • Author(s): Junnosuke Endo, Yukari Takeo, Shinji Matsuda and Michisuke Yuzaki
  • Organizer: 2014 Joint Meeting of the Society for Glycobiology and the Japanese Society of Carbohydrate Research
  • Place of Presentation: ホノルル(米国)
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-21
• [Presentation] Optogenetic control of the function of the Golgi apparatus in neurons (2014)
  • Author(s): Junnosuke Endo, Yukari Takeo, Shinji Matsuda and Michisuke Yuzaki
  • Organizer: 第8回神経糖鎖生物学領域班会議“Glycans in Neuroscience” (Satellite Symposium II)
  • Place of Presentation: ホノルル(米国)
  • Year and Date: 2014-11-16
• [Presentation] Stage-specific roles for RORalpha in morphogenesis and maintenance (2014)
  • Author(s): 竹尾 ゆかり
  • Organizer: 第48回慶應ニューロサイエンス学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-08-09