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操作・モデリングから迫る精神病態シナプスパソロジーの多階層理解

計画研究

研究領域マルチスケール精神病態の構成的理解
研究課題/領域番号 18H05433
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関国立研究開発法人理化学研究所 (2019-2022)
群馬大学 (2018)

研究代表者

高木 朗子 (林朗子 / 林 朗子 / 高木朗子)  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 (60415271)

研究分担者 田中 昌司  上智大学, 理工学部, 教授 (30188304)
干場 義生  群馬大学, 生体調節研究所, 助教 (40780200)
藤原 和之  群馬大学, 大学院医学系研究科, 助教 (20735154)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
176,800千円 (直接経費: 136,000千円、間接経費: 40,800千円)
2022年度: 32,760千円 (直接経費: 25,200千円、間接経費: 7,560千円)
2021年度: 37,570千円 (直接経費: 28,900千円、間接経費: 8,670千円)
2020年度: 32,240千円 (直接経費: 24,800千円、間接経費: 7,440千円)
2019年度: 31,460千円 (直接経費: 24,200千円、間接経費: 7,260千円)
2018年度: 42,770千円 (直接経費: 32,900千円、間接経費: 9,870千円)
キーワード樹状突起スパイン / 統合失調症 / XLスパイン / 超線形神経演算 / 精神疾患 / シナプス / 構成的理解 / NEURONシミュレーション / 神経演算 / マルチスケール / マイクロ精神病態 / モデリング / iPS細胞 / 樹状突起演算 / 作業記憶 / 多階層精神病態 / in silico操作 / 光操作 / スパイン / 2光子励起イメージング / 非線形効果
研究成果の概要

SETD1A hKOマウスやDISC1 cKOマウスらの統合失調モデルマウスの樹状突起スパイン体積を検証したところ、モデルマウスでは、異常に大きいスパイン(XLスパイン)が有意に多く、XLスパインを刺激した場合、超線形の神経演算が生じた。さらに、XLスパインの行動への関与を検証するために、シナプス光遺伝学を用いて巨大スパインの生成を予防したところ、SETD1A hKOマウスで観察された作業記憶障害は正常化した。またげっ歯類モデルで得られた所見が患者と関連があるか否かを調べるために、統合失調症由来死後脳を検証した結果、巨大スパインは統合失調症患者で有意に多いという結果が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

一つの神経細胞には約1万個のシナプスが存在し、多くのシナプスが同時期に協調的に入力することが神経細胞の発火に重要とされている。しかし今回、少なくともある一群の統合失調症患者では、ごく少数の巨大スパインを介した非常に強いシナプス入力だけで、神経細胞の発火が決定付けられている可能性が示された。これらの結果より、少なくとも一部の統合失調症患者には、非常に強いシナプスにより神経演算の歪みが生じ、それらが病態生理の一部を担うという全く新しい仮説が提唱できた。これらの知見は統合失調症の治療戦略の少なくとも一部は再考を要することを示唆する。

報告書

(6件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 6件、 招待講演 12件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] To fire or not to fire: decisions mediated by localized processing and dendritic spikes2023

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi Akiko
    • 雑誌名

      Nature Reviews Neuroscience

      巻: 24 号: 4 ページ: 194-194

    • DOI

      10.1038/s41583-023-00682-0

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Constructive understanding of multi-scale dynamism of psychiatric disorders2022

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi Akiko
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 175 ページ: 1-2

    • DOI

      10.1016/j.neures.2022.01.004

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical interrogation of multi-scale neuronal plasticity underlying behavioral learning2021

    • 著者名/発表者名
      Tsutsumi Shinichiro、Hayashi-Takagi Akiko
    • 雑誌名

      Current Opinion in Neurobiology

      巻: 67 ページ: 8-15

    • DOI

      10.1016/j.conb.2020.07.002

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multi-Scale Understanding of NMDA Receptor Function in Schizophrenia2020

    • 著者名/発表者名
      Hyun Jo Soo、Inoue Takafumi、Hayashi-Takagi Akiko
    • 雑誌名

      Biomolecules

      巻: 10 号: 8 ページ: 1172-1172

    • DOI

      10.3390/biom10081172

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synaptic functions and their disruption in schizophrenia: From clinical evidence to synaptic optogenetics in an animal model2019

    • 著者名/発表者名
      Kisho Obi-Nagata, Yusuke Tenma, Akiko Hayashi-Takagi
    • 雑誌名

      Proceedings of the Japan Academy, Ser. B

      巻: 未定

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 増大特集 記憶と忘却に関わる脳のしくみ-分子機構から健忘の症候まで 学習・記憶の細胞基盤-シナプス・アンサンブルを可視化・操作する技術の創出2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤 壮泰、宮本 成美、千葉 久実、小尾 紀翔、林(高木) 朗子
    • 雑誌名

      BRAIN and NERVE

      巻: 70 号: 7 ページ: 713-721

    • DOI

      10.11477/mf.1416201072

    • ISSN
      1344-8129, 1881-6096
    • 年月日
      2018-07-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical Landscape for Tissue Clearing Based on Hydrophilic Reagents.2018

    • 著者名/発表者名
      Tainaka K, Murakami TC, Susaki EA, Shimizu C, Saito R, Takahashi K, Hayashi-Takagi A, Sekiya H, Arima Y, Nojima S, Ikemura M, Ushiku T, Shimizu Y, Murakami M, Tanaka KF, Iino M, Kasai H, Sasaoka T, Kobayashi K, Miyazono K, Morii E, Isa T, Fukayama M, Kakita A, Ueda HR.
    • 雑誌名

      Cell Rep.

      巻: 24 号: 8 ページ: 2196-2210

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2018.07.056

    • NAID

      120006542018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Calcineurin knockout mice show a selective loss of small spines2018

    • 著者名/発表者名
      Okazaki H, Hayashi-Takagi A, Nagaoka A, Negishi M, Ucar H, Yagishita S, Ishii K, Toyoizumi T, Kasai H
    • 雑誌名

      Neuroscience Letters

      巻: 671 ページ: 99-102

    • DOI

      10.1016/j.neulet.2018.02.006

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Multi-scale and multi-modal synaptic analysis for psychiatric research2022

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi A
    • 学会等名
      NEURO2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multi-scale synaptic analysis for psychiatric disorders2022

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi A
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Extra-large spines distort neuronal computation in synaptic disorders.2021

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi A
    • 学会等名
      Translational Neuroscience Program (TNP) Seminar, Pittsuburg Univ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Extra-large spines distort neuronal computation in synaptic disorders.2021

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi A
    • 学会等名
      Seminar, Medical University of South Carolina
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Extra-large spines distort neuronal computation in synaptic disorders.2021

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi A
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会・CJK第1回国際会議
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 最先端イメージングで迫る精神疾患シナプス病態研究2021

    • 著者名/発表者名
      林 朗子
    • 学会等名
      Psychiatry Symposium(関西医科大学主催)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] なぜ樹状突起スパインのサイズが重要なのか?2021

    • 著者名/発表者名
      林 朗子
    • 学会等名
      第43回日本生物学的精神医学会・第51回日本神経精神薬理学会 合同大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 最先端イメージングで迫る精神疾患シナプス病態研究2021

    • 著者名/発表者名
      林 朗子
    • 学会等名
      第117回日本精神神経学会学術総会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 樹状突起演算と精神疾患2021

    • 著者名/発表者名
      林 朗子
    • 学会等名
      千里ライフサイエンスセミナー
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Extra-large spines distort dendritic and neuronal computation in psychiatric disorders.2021

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi A
    • 学会等名
      The 11th BRI Int'l Symposium
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Extra-large spines distort dendritic and neuronal computation in psychiatric disorders.2021

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi A
    • 学会等名
      第98回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Extra-large spines distort dendritic and neuronal computation in psychiatric disorders.2020

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi A
    • 学会等名
      遺伝研研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Extra-large spines distort dendritic and neuronal computation in psychiatric disorders.2020

    • 著者名/発表者名
      Hayashi-Takagi A
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 「心の病」の脳科学 なぜ生じるのか、どうすれば治るのか2023

    • 著者名/発表者名
      林(高木) 朗子、加藤 忠史
    • 総ページ数
      288
    • 出版者
      講談社
    • ISBN
      4065283639
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-07-20   更新日: 2024-01-30  

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