Interneuron circuit in decveloping prefrontal cortex

• Project/Area Number: 18F18736
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Host Researcher: 下郡 智美 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (30391981)
• Foreign Research Fellow: LIU WEIQING 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2018-11-09 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2018: ¥300,000 (Direct Cost: ¥300,000)
• Keywords: 統合失調症 / 発達障害 / 行動 / 介在ニューロン / 生後発達

Outline of Annual Research Achievements

個々の遺伝的背景に加えて生後の発達期の経験が、成体の脳機能に影響を与える事が近年明らかになりつつある。特に成体で発症する統合失調症は発達期のなんらかの影響によって、発症するリスクが上昇している事が示唆されている。そこで、統合失調症のモデル系と知られる、抗鬱薬のMK801の発達期の投与によって、成体での行動異常が起きるかを検討し、この行動変化がどのような回路形成異常によって起きているのかを明らかにする。特に発達期の薬物投与による経験が異常行動を起こす責任神経回路での抑制性細胞の細胞移動、形態変化、機能を様々な発達期の経験によってどのように変化するのかを明らかにする。加えて、マウスで明らかにされた統合失調症モデル動物での発達期の異常が霊長類モデル動物でも保存されているのかを、コモンマーモセットを用いて明らかにする。コモンマーモセットにMK801を投与した統合失調症モデル動物を作成し、マウスで明らかにされた介在ニューロンの移動への影響を観察する。さらに統合失調症リスク遺伝子と言われている遺伝子のリストアップを行い、脳内での詳細な発現パターンを明らかにする。さらに、マーモセットで統合失調症リスク遺伝子がMK801投与後にどのように変化するかを明らかにする。これらの結果を通して、統合失調症の発達期での影響を明らかにし、幻覚や幻聴といった統合失調症で起こる症状を駆動する神経回路を同定し、原因となるメカニズムの解明に繋げる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

統合失調症のモデルとされるMK801投与の条件検討を行い、体の発生（体重増加、行動の変化）に影響を与えないレベルでの投与量を決定した。さらに発達期のMK801の投与によって成体になった時の行動に与える影響を調べた。この結果、発達期のMK801投与は不安行動の優位な上昇が見られた。このことから、発達期のMK801投与によって異常が起こる回路の同定を試みた。MK801はNMDA受容体の活性を変化させることから投与により神経活動の変化が起こる部位をcFosの発現によって確認した。この結果から、大脳皮質だけでなく、大脳皮質に投射する脳領域などを含む複数の脳領域でcFosの優位な上昇があることを明らかにした。加えて様々な領域での介在ニューロンの活動の上昇も見られたことから、介在ニューロン特異的にtdTomatoを発現するマウスを用いて、これらの細胞の回路を明らかにする準備を行っている。さらにマウスで明らかにできる統合失調症モデルでの介在ニューロンの発生への影響が、霊長類でも保存されているのかを明らかにするために、霊長類モデル動物であるコモンマーモセットの脳内での遺伝子発現変化を明らかにする準備を行なっている。これには我々の研究室で開発しているマーモセットISHデータベースを用いて、統合失調症リスク遺伝子リストアップを行っている。統合失調症リスク遺伝子はGWASカタログ、DisGenet等のデータベースを駆使して行い、現在50遺伝子のリストアップを行なっている。今後はこれらの遺伝子の発現パターンを詳細に解析し、マーモセットでもMK801投与による遺伝子発現変化を解析する。

Strategy for Future Research Activity

介在ニューロンを特異的にラベルするためにParvalbumin-creマウスとCalbindin-creマウス（どちらも抑制性細胞のマーカー）を用いて、介在性ニューロンをラベルしたのちにMK801投与群でのそれぞれの神経回路形成の状態を明らかにする。また、差が認められた場合には、発達のどの時期で差があるのか継時的な解析を行う。さらにはスライスカルチャーを用いて、細胞移動の速度を明らかにし、介在性ニューロンの移動におけるMK８０１の影響を明らかにする。
介在性ニューロンは目的の場所に移動したあと、樹状突起を伸ばして近傍の神経細胞と接続を行う、このため、樹上突起の正しい形態形成（本数、枝分かれ、長さ）は近傍回路の形成に重要である。そこで、介在性ニューロンの形態形成にMK801が影響を与えているか明らかにする。Parvalbumin-creマウスとCalbindin-creマウスをレポーターマウスと掛け合わせることにより介在性ニューロンを特異的に可視化し、発達期にMK801投与群での形態をコントロール群と比較する。さらに、我々の研究室で開発しているマーモセットISHデータベースを用いて、統合失調症リスク遺伝子の発現を明らかにし、マウスの発現と比較することにより霊長類特異的な遺伝子発現を明らかにする。