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Developmental change in synaptic plasticity of corticomotoneuronal direct connections: Do motoneurons learn?

Research Project

Project/Area Number 18K06528
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 46030:Function of nervous system-related
Research InstitutionTeikyo University

Principal Investigator

大野 孝恵  帝京大学, 医学部, 准教授 (60508109)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 福田 諭  帝京大学, 医学部, 助教 (50425641)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords運動ニューロン / ホールセル記録 / シナプス可塑性 / 長期増強(LTP) / GluN2B / 脊髄運動ニューロン / 皮質脊髄路 / シナプス除去 / 可塑性 / 急性スライス / 長期増強LTP / 脊髄
Outline of Annual Research Achievements

大脳皮質運動野から脊髄運動ニューロンへの直接結合は高等霊長類にのみ存在し、巧緻運動を可能にするため進化した特殊な系と考えられてきたが、従来直接結合は無いと考えられていた齧歯類にもその幼初期には一過性に存在することが近年明らかにされ注目を集めている。しかしながら、成体マウスにおける脊髄運動ニューロンからのホールセル記録が困難なことから、一過性の皮質運動ニューロン直接結合にどのような機能的意義があり、どのようなメカニズムに基づいてシナプス除去されていくのか等不明な点が多く残されている。本研究にて、我々は生後7週齢マウスの運動ニューロンまで安定したホールセル記録を可能にしたことから、生後1週齢から3週齢にかけて見られる皮質運動ニューロン直接結合の除去過程を詳細に観察し、そのメカニズムの一部を明らかにして論文化した。また、中枢神経系で広く観察され、記憶・学習との関連が示唆されている長期増強LTPが脊髄細胞では観察され難いと考えられてきたが、これも同様の理由から詳細な研究はなされていないためであり、本研究にて、少なくとも皮質運動ニューロン直接結合のある脊髄運動ニューロンからはLTPを安定して記録できており、シナプス除去過程における、LTPの変化に加え、長期抑圧LTDの変化についても観察し、運動ニューロン自体の可塑性の変化についても、本年度中にまとめ、論文化する予定である。なお、そのメカニズムにNMDA受容体サブユニットであるGluN2Bが関与している可能性があり、それも合わせて検討中である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究自体は継続しており、研究内容の一部は論文化に漕ぎつけたが、コロナ禍にて研究時間ならびに動物の搬入、あるいは輸入試薬の入手がかなり遅れ、特に発達過程を観察する我々の研究は、計画通りに進めることが困難であった。
また、繁殖中の動物の維持が一部難しくなり、野生型とのバッククロスなどの作業を挟まざるを得なくなったことも、研究を遅らせてしまう原因の一つとなった。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、本年度中に論文投稿予定の、皮質運動ニューロン直接結合除去過程における、LTPならびにLTDの変化と、そこに関連する可能性のあるGluN2B依存性に関する研究を行う。運動ニューロン選択的にGluN2Bをノックアウトする手段として、今までは、Grin2B-Floxマウスの運動ニューロンに逆行性にAAV-Creを発現させていたが(支配筋への注入による)、本年度からはGrin2B-FlixマウスとChAT-Creマウスを掛け合わせ、運動ニューロン選択的にGluN2Bをノックアウトしたマウスを用いて、運動ニューロンのホールセル記録を行っていく方針である。

Report

(4 results)
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report

Research Products

(12 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Transient direct corticomotoneuronal connections during development in rodents, an electrophysiological study2021

    • Author(s)
      Ohno T, Fukuda S, Murabe N, Niido M, Sakurai M
    • Journal Title

      Neuroscience

      Volume: 478 Pages: 89-99

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2021.09.006

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 発達期マウスにおける一過性皮質脊髄運動ニューロン直接結合: その除去メカニズムと個体・系統発生的意義2021

    • Author(s)
      大野孝恵
    • Journal Title

      女医界

      Volume: 824 Pages: 79-83

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] 発達期マウスにおける一過性皮質脊髄運動ニューロン直接結合:その除去メカニズムと個体・系統発生的意義2021

    • Author(s)
      大野孝恵
    • Journal Title

      女醫界

      Volume: 824 Pages: 79-83

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] Reevaluation of motoneuron morphology: diversity and regularity among motoneurons innervating different arm muscles along a proximal-distal axis2020

    • Author(s)
      Fukuda S, Maeda H, Sakurai M
    • Journal Title

      Sci Rep

      Volume: 4;10(1)

    • DOI

      10.1038/s41598-020-69662-z

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 幼若期齧歯類において形成される皮質脊髄軸索-上肢運動ニューロン間直接シナプスは高等霊長類に類似した分布を示す2018

    • Author(s)
      新戸瑞穂、福田諭、大野孝恵、桜井正樹
    • Journal Title

      帝京医学雑誌

      Volume: 41 Pages: 137-148

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] The elimination of cortico-motoneuronal synapses during development: involvement of GluN2B containing NMDA receptior2022

    • Author(s)
      大野孝恵
    • Organizer
      第99回日本生理学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Involvement of GluN2B-containing NMDA receptors in the elimination of cortico-motoneuronal synapses during development2021

    • Author(s)
      Takae Ohno
    • Organizer
      Society for Neuroscience, Chicago, 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Developmental synapse elimination in cortico-motoneuronal synapse2021

    • Author(s)
      大野孝恵
    • Organizer
      第44回日本神経科学学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Regression and its time course of transient cortico-motoneuronal direct connections during development in mice2020

    • Author(s)
      大野孝恵
    • Organizer
      第43回日本神経科学大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Motoneurons may show a spectrum of arborization pattern depending on the distal-proximal axis of their innervating muscles2020

    • Author(s)
      福田諭
    • Organizer
      第43回日本神経科学大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Temporal profile of transient corticomotoneuronal direct connection in the rodent2019

    • Author(s)
      Takae Ohno, Satoshi Fukuda, Naoyuki Murabe, Hiroaki Mizukami, Keiya Ozawa, Toshihiro Hayashi, Masaki Sakurai
    • Organizer
      北米神経科学学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Temporal profile of developmental change in corticomotoneuronal direct connection in rodents2018

    • Author(s)
      Takae Ohno, Satoshi Fukuda, Naoyuki Murabe, Hiroaki Mizukami, Keiya Ozawa, Toshihiro Hayashi, Masaki Sakurai
    • Organizer
      The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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