小脳各種神経細胞の個性獲得および分化の分子機構の解明

• Project/Area Number: 18H02538
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46020:Anatomy and histopathology of nervous system-related
• Research Institution: National Center of Neurology and Psychiatry
• Principal Investigator: 星野 幹雄 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 病態生化学研究部, 部長 (70301273)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 神経前駆細胞 / 小脳 / 転写因子 / 小脳発生 / 神経回路 / 顆粒細胞 / 脳神経 / 発生 / 神経細胞 / ATOH1 / CCND1 / 神経科学 / 発生・分化 / 解剖学 / 脳・神経 / 神経

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、小脳をモデル系として、神経前駆細胞（小脳の場合には顆粒細胞前駆細胞）が適切な時期に増殖を止めて、神経細胞（本研究では顆粒細胞）へと分化 するしくみの解明を目指している。このしくみがうまくいかないと、小脳形成不全症となったり、あるいは顆粒細胞由来の癌である髄芽腫となってしまうため、 その理解はとても大切である。顆粒細胞前駆細胞から顆粒細胞への神経分化については、多角的に解析している。まず、(i)転写因子MEIS1には、ホメオドメインを持たないアイソフォーム（MEIS1-HdL）があり、それがATOH1タンパク質の分解を阻害することで小脳顆粒細胞前駆細胞の未分化性を維持することで小脳発生に関わることを見出した（投稿中）。(ii)顆粒細胞前駆細胞には未分化なAT+GCPsと少し分化したND+GCPsが存在し、AT+GCPs→顆粒細胞という直接神経発生と、AT+GCPs→ND+GCPs→顆粒細胞という間接神経発生があることを見出し、それを、シングルセルRNA-Seqの解析からも確認した。また、その間接経路を担う遺伝子モデュール抽出に成功した。(iii)さらにライムラプス顕微鏡を使って直接経路及び間接経路の細胞分裂及び移動様式を観察し、その動体を明らかにした。(iv)また、Meis1遺伝子の小脳特異的cKOマウスから、single cell RNA-seqを行い、そのデータを詳細に調べることで、小脳発生におけるMEIS1の多様な機能とそれが失われた時の表現型について明らかにする予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

小脳の顆粒細胞前駆細胞から顆粒細胞への神経分化について、多角的に研究し、今までに3報出版し、1報を投稿中、２報を投稿準備中だからである。出版したものとしては、(1)タンパク質分解系であるSCF複合体が、p27という細胞周期の停止に関わるタンパク質の分解に関わること、その結果として分化が抑制されること、を明らかにした研究成果、(2)細胞増殖を促進することが知られていたサイクリン D1が、未分化性を担保するATOH1タンパク質の分解を抑制することで顆粒細胞前駆細胞の未分化性の維持にも関わっていることを明らかにした研究成果、(3)組織の発生分化に関わることが知られていたノッチシグナルが、顆粒細胞前駆細胞においても働いていること、そしてその未分化性の維持に関わっていること、を明らかにした研究成果、である。投稿中の成果は、様々な腫瘍で働くことが知られている転写因子Meis1であるが、実は転写制御以外の機能を持ち、それが小脳顆粒細胞前駆細胞の未分化性の維持に関わることを示した研究成果である。投稿準備中の成果は、MEIS1のバーグマングリアにおける発現が、バーグマングリアの生存、成熟に関わるだけでなく、さらに間接的に小脳構造全体の形成に関わる、という研究成果である。

Strategy for Future Research Activity

現在投稿中の論文について、適切にリバイズする等で受理にまで持っていく。シングルセルRNA-seq解析をさらに精力的に行い、小脳の各
上記の研究を遂行することで、さらに顆粒細胞前駆細胞から顆粒細胞への分化制御機構を明らかにし、さらにその機構が、他の神経細胞の発生機構にも適用できるかどうか、検証する。特に、ドライ解析で抽出された直接経路と間接経路のそれぞれに特異的な遺伝子モデュールについて、それらが本当にそれぞれの経緯に特異的なのかどうかについて免疫染色などによって確認する。その上で、それぞれの遺伝子をノックダウン、強制発現するなどして、直接経路、間接経路の比率が変化するかどうかについて検証する。さらに、大脳、中脳への遺伝子導入によって、小脳と同様な経路変化がもたらされるかどうかについても検証する。

Research Products

• [Journal Article] AUTS2 Governs Cerebellar Development, Purkinje Cell Maturation, Motor Function and Social Communication (2020)
  • Author(s): Yamashiro Kunihiko、Hori Kei、Lai Esther S.K.、Aoki Ryo、Shimaoka Kazumi、Arimura Nariko、Egusa Saki F.、Sakamoto Asami、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Watanabe Takaki、Uesaka Naofumi、Kano Masanobu、Hoshino Mikio
  • Journal Title: iScience Volume: 23 Issue: 12 Pages: 101820-101820
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101820
  • NAID: 120006979860
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Down syndrome cell adhesion molecule like-1 (DSCAML1) links the GABA system and seizure susceptibility. (2020)
  • Author(s): Hayase Y, Amano S, Hashizume K, Tominaga T, Miyamoto H, Kanno Y, Ueno-Inoue Y, Inoue T, Yamada M, Ogata S, Balan S, Hayashi K, Miura Y, Tokudome K, Ohno Y, Nishijo T, Momiyama T, Yanagawa Y, Takizawa A, Mashimo T, Serikawa T, Sekine A, Nakagawa E, Takeshita E, Yoshikawa T, Waga C, Inoue K, Goto YI, Nabeshima Y, et al.
  • Journal Title: Acta Neuropathol Commun. Volume: 8 Issue: 1 Pages: 206-206
  • DOI: 10.1186/s40478-020-01082-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] DSCAM regulates delamination of neurons in the developing midbrain (2020)
  • Author(s): Arimura Nariko、Okada Mako、Taya Shinichiro、Dewa Ken-ichi、Tsuzuki Akiko、Uetake Hirotomo、Miyashita Satoshi、Hashizume Koichi、Shimaoka Kazumi、Egusa Saki、Nishioka Tomoki、Yanagawa Yuchio、Yamakawa Kazuhiro、Inoue Yukiko U.、Inoue Takayoshi、Kaibuchi Kozo、Hoshino Mikio
  • Journal Title: Science Advances Volume: 6 Issue: 36 Pages: 1693-1693
  • DOI: 10.1126/sciadv.aba1693
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] AUTS2 regulation of synapses for proper synaptic inputs and social communication. (2020)
  • Author(s): Hori Kei、Yamashiro Kunihiko、Nagai Taku、... Yamada Mitsuhiko、Yamada Kiyofumi、Hoshino Mikio
  • Journal Title: iScience Volume: ー Issue: 6 Pages: 101183-101183
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101183
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] YAP1 subgroup supratentorial ependymoma requires TEAD and nuclear factor I-mediated transcriptional programmes for tumorigenesis (2019)
  • Author(s): Pajtler KW、Wei Y、Okonechnikov K、et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Issue: 1 Pages: 3914-3914
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11884-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Expression of transcription factors and signaling molecules in the cerebellar granule cell development (2019)
  • Author(s): Shiraishi Ryo D.、Miyashita Sathoshi、Yamashita Mariko、Adachi Toma、Shimoda Mana M.、Owa Tomoo、Hoshino Mikio
  • Journal Title: Gene Expression Patterns Volume: 34 Pages: 119068-119068
  • DOI: 10.1016/j.gep.2019.119068
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Modelling Duchenne muscular dystrophy in MYOD1-converted urine-derived cells treated with 3-deazaneplanocin A hydrochloride (2019)
  • Author(s): Takizawa Hotake、Hara Yuko、Mizobe Yoshitaka、Ohno Taisuke、Suzuki Sadafumi、Inoue Ken、Takeshita Eri、Shimizu-Motohashi Yuko、Ishiyama Akihiko、Hoshino Mikio、Komaki Hirofumi、Takeda Shin’ichi、Aoki Yoshitsugu
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 3807-3807
  • DOI: 10.1038/s41598-019-40421-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Forebrain Ptf1a is required for sexual differentiation of the brain (2018)
  • Author(s): T Fujiyama, S Miyashita, Y Tsuneoka, K Kanemaru, M Kakizaki, S Kanno, Y Ishikawa, M Yamashita, T Owa, M Nagaoka, Y Kawaguchi, Y Yanagawa, M A. Magnuson, A Shibuya, Y Nabeshima, M Yanagisawa, H Funato*, M Hoshino*
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 24 Issue: 1 Pages: 79-94
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.06.010
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generation of Pax6-IRES-EGFP knock-in mouse via the cloning-free CRISPR/Cas9 system to reliably visualize neurodevelopmental dynamics (2018)
  • Author(s): Inoue Yukiko U.、Morimoto Yuki、Hoshino Mikio、Inoue Takayoshi
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: in press Pages: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.neures.2018.01.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deficiency of AMPAR?Palmitoylation Aggravates Seizure Susceptibility (2018)
  • Author(s): Itoh Masayuki、Yamashita Mariko、Kaneko Masaki、Okuno Hiroyuki、Abe Manabu、Yamazaki Maya、Natsume Rie、Yamada Daisuke、Kaizuka Toshie、Suwa Reiko、Sakimura Kenji、Sekiguchi Masayuki、Wada Keiji、Hoshino Mikio、Mishina Masayoshi、Hayashi Takashi
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 38 Issue: 47 Pages: 10220-10235
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1590-18.2018
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ptf1a inactivation in adult pancreatic acinar cells causes apoptosis through activation of the endoplasmic reticulum stress pathway (2018)
  • Author(s): Sakikubo Morito、Furuyama Kenichiro、Horiguchi Masashi、Hosokawa Shinichi、Aoyama Yoshiki、Tsuboi Kunihiko、Goto Toshihiko、Hirata Koji、Masui Toshihiko、Dor Yuval、Fujiyama Tomoyuki、Hoshino Mikio、Uemoto Shinji、Kawaguchi Yoshiya
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 15812-15812
  • DOI: 10.1038/s41598-018-34093-4
  • NAID: 120006715479
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Polarity Acquisition in Cortical Neurons Is Driven by Synergistic Action of Sox9-Regulated Wwp1 and Wwp2 E3?Ubiquitin Ligases and Intronic miR-140 (2018)
  • Author(s): Ambrozkiewicz MC、Schwark M、Kishimoto-Suga M、Borisova E、Hori K、Salazar-L?zaro A、Rusanova A、Altas B、Piepkorn L、Bessa P、Schaub T、Zhang X、Rabe T、Ripamonti S、Ros?rio M、Akiyama H、Jahn O、Kobayashi T、Hoshino M、Tarabykin V、Kawabe H
  • Journal Title: Neuron Volume: 100 Issue: 5 Pages: 1097-1115
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2018.10.008
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Perturbed expression pattern of the immediate early gene Arc in the dentate gyrus of GluA1 C‐terminal palmitoylation‐deficient mice (2018)
  • Author(s): Itoh Masayuki、Okuno Hiroyuki、Yamada Daisuke、Yamashita Mariko、Abe Manabu、Natsume Rie、Kaizuka Toshie、Sakimura Kenji、Hoshino Mikio、Mishina Masayoshi、Wada Keiji、Sekiguchi Masayuki、Hayashi Takashi
  • Journal Title: Neuropsychopharmacology Reports Volume: 39 Issue: 1 Pages: 61-66
  • DOI: 10.1002/npr2.12044
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comprehensive and cell-type-based characterization of the dorsal midbrain during development (2018)
  • Author(s): Arimura Nariko、Dewa Ken-ichi、Okada Mako、Yanagawa Yuchio、Taya Shin-ichiro、Hoshino Mikio
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 24 Issue: 1 Pages: 41-59
  • DOI: 10.1111/gtc.12656
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] AUTS2の神経発生における機能と病理 (2020)
  • Author(s): 星野幹雄、堀啓
  • Organizer: NPBPPP合同年会
  • Invited
• [Presentation] Neuronal progenitors and synapses in psychiatric disease mouse model (2020)
  • Author(s): Hoshino M, Hori K
  • Organizer: 日本神経科学会大会
  • Invited
• [Presentation] 小脳顆粒細胞分化の分子機構と発達期曝露による影響評価 (2020)
  • Author(s): 星野幹雄, 宮下聡
  • Organizer: 日本毒性学会年会
  • Invited
• [Presentation] 脳の性分化のための新たな分子機構 (2019)
  • Author(s): 星野幹雄
  • Organizer: 第46回日本毒性学会学術年会
  • Invited
• [Presentation] Notch signaling in the cerebellar granule cell development. (2019)
  • Author(s): Adachi T, Miyashita S, Yamashita M, Shiraishi R, Shimoda M, Owa T, Hoshino M
  • Organizer: Society for Neuroscience 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Auts2 is required for neurogenesis in cerebral cortex. (2019)
  • Author(s): 嶋岡可純， 堀啓， 坂本亜沙美， 阿部学， 崎村建司， 星野幹雄
  • Organizer: NEURO2019
• [Presentation] 自閉症感受性遺伝子Auts2変異により引き起こるシナプス形成障害およびマウス行動異常の病態解析 (2019)
  • Author(s): 堀啓， 山城邦比古， 永井拓， Shan Wei， 江草早紀， 嶋岡可純， 郷康宏， 辰本将司， 菅野康太， 坂本亜沙美， 阿部学， 崎村健司， 惣谷和宏， 功刀浩， 山田清文， 星野幹雄
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] AUTS2 gene and psychiatric disorders (2018)
  • Author(s): Hoshino M, Hori K
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
  • Invited
• [Presentation] Loss of Auts2 induces the defects of synaptic function and cognitive brain functions (2018)
  • Author(s): Hori K, Nagai T, Shan W, Yamad M, Shiraishi R, Sakamoto A, Kanno K, Abe M, Yamada K, Sakimura K, Hoshino M
  • Organizer: 新学術領域個性創発脳第1回国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] AUTS2 is required for neurogenesis in cerebral cortex (2018)
  • Author(s): 嶋岡可純，堀啓，坂本亜沙美，阿部学，崎村健司，星野幹雄
  • Organizer: 第12回神経発生討論会
• [Presentation] Role of Meis1 in the cerebellar development (2018)
  • Author(s): 大輪智雄, 田谷真一郎, 宮下聡, 西岡朋生, 中村卓郎, 後飯塚僚, 貝淵弘三, 星野幹雄
  • Organizer: 第40回日本生物学的精神医学会 第61回日本神経化学大会合同年会
• [Presentation] The role of AUTS2 gene in the corticogenesis (2018)
  • Author(s): 嶋岡可純，堀啓，坂本亜沙美，阿部学，崎村健司，星野幹雄
  • Organizer: 第40回日本生物学的精神医学会 第61回日本神経化学大会合同年会
• [Remarks] 国立精神・神経医療研究センター 神経研究所 病態生化学研究部 ホームページ
  • URL: https://www.ncnp.go.jp/nin/guide/r_diag/index.html