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発達期小脳におけるシナプス刈り込みの臨界期の解明

計画研究

研究領域脳の若返りによる生涯可塑性誘導ーiPlasticityー臨界期機構の解明と操作
研究課題/領域番号 20H05915
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
研究機関帝京大学 (2023-2024)
東京大学 (2020-2022)

研究代表者

狩野 方伸  帝京大学, 先端総合研究機構, 教授 (40185963)

研究分担者 菅谷 佑樹  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (00625759)
研究期間 (年度) 2020-11-19 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
169,520千円 (直接経費: 130,400千円、間接経費: 39,120千円)
2024年度: 30,420千円 (直接経費: 23,400千円、間接経費: 7,020千円)
2023年度: 30,420千円 (直接経費: 23,400千円、間接経費: 7,020千円)
2022年度: 30,420千円 (直接経費: 23,400千円、間接経費: 7,020千円)
2021年度: 28,860千円 (直接経費: 22,200千円、間接経費: 6,660千円)
2020年度: 49,400千円 (直接経費: 38,000千円、間接経費: 11,400千円)
キーワードシナプス刈り込み / 生後発達 / 小脳 / 登上線維 / プルキンエ細胞
研究開始時の研究の概要

シナプス刈り込みは発達期の神経系において普遍的にみられ、大人の神経回路を作るための仕組みと考えられている。小脳の登上線維とプルキンエ細胞間のシナプスの生後発達は、シナプス刈り込みの代表例として広く認知されている。出生直後のマウス小脳のプルキンエ細胞は、5本以上の登上線維からほぼ同じ強さのシナプス入力を受けるが、このうち1本の登上線維からの入力のみが強くなり、その他の登上線維は除去されて、大人になると殆どのプルキンエ細胞が1本の強い登上線維からシナプス入力を受けるようになる。本研究では、これらの過程の分子細胞レベルおよび神経回路レベルのメカニズムを追求し、シナプス刈り込みの臨界期の解明を目指す。

研究実績の概要

令和5年度は、P/Q型電位依存性カルシウムチャネル(P/Q-VDCC)によって活性化されると考えられる転写因子Zと、これを生後発達期のプルキンエ細胞においてノックダウンした場合に発現上昇するセマフォリン3A(Sema3A)との関係を調べた。発達期のプルキンエ細胞において、ZのノックダウンとSema3Aの過剰発現を同時に行った際の登上線維シナプス刈り込みの障害の程度を、それぞれ単独の操作の場合と比較した。このため、生後4週目に小脳スライスを作製して、登上線維シナプス-プルキンエ細胞シナプスを電気生理学的に解析した。その結果、ZのノックダウンとSema3Aの過剰発現を同時に行った場合の登上線維シナプス刈り込みの障害の程度は、それぞれ単独の操作の場合と有意差がなかった。また、ZのノックダウンとSema3Aのノックダウンを同時に行うと、登上線維シナプス刈り込みの障害の程度が軽減した。これらから、Zはプルキンエ細胞のSema3Aの発現を抑制することにより、登上線維シナプス刈り込みを促進することが考えられた。
また、シナプス前部オーガナイザーのひとつであるPTPδが登上線維に存在することを免疫組織学的手法で解明した。PTPδノックアウトマウスでは、登上線維の樹状突起移行が障害されていたが、その程度は、小脳前葉の方が後葉に比べて強かった。また、小脳前葉において、登上線維刺激によるシナプス電流が減弱しており、生後3日から13日において、登上線維シナプス刈り込みが促進していた。また、PTPδを登上線維においてノックダウンすると、シナプス電流の減弱と刈り込みの促進がみとめられた。これらの結果から、主として小脳前葉においてPTPδが登上線維におけるシナプスオーガナイザーとして働き、登上線維プルキンエ細胞シナプス形成とその維持に関わると結論した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

転写因子Zに関しては、生後発達期のプルキンエ細胞において、Sema3Aの発現を抑制することによって、登上線維シナプス刈り込みを促進することを明らかにした。予定していたデータを全て取得し、論文をほぼ完成することができた。PTPδについては、これまでの結果をまとめて論文発表した。今後、PTPδと相互作用するシナプス後部オーガナイザー候補を検索する計画である。

今後の研究の推進方策

プルキンエ細胞において、PTPδと相互作用して登上線維シナプス発達に影響するシナプス後部オーガナイザー分子を探索する。このため、PTPδの結合候補分子を、子宮内電気穿孔法またはウイルスを用いたRNAiノックダウン法によって、発達期のマウスのプルキンエ細胞において欠損させる。これらのマウスにおいて、登上線維シナプスの形成や刈り込みに異常がみられるかを、新生児期から生後4週目まで電気生理学的・形態学的に調べる。
また、PTPδのヘミ接合体または変異が、自閉スペクトラム症や注意欠陥多動性障害などの発達障害の患者で報告されていることから、PTPδヘテロノックアウトマウスがこれらのモデルマウスとなりうるかどうかを調べる。このため、PTPδヘテロノックアウトマウスの成体において、精神疾患や発達障害に関連する網羅的行動解析を行う。また、小脳の異常が自閉スペクトラム症類似の症状を引き起こす可能性があることから、小脳の生後発達について、登上線維シナプスの発達に焦点を当て、電気生理学的・形態学的解析を行う。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 6件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 15件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 13件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] ミュンヘン工科大学(ドイツ)

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      2023 実績報告書
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      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ミュンヘン工科大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Maturation of GABAergic Synaptic Transmission From Neocortical Parvalbumin Interneurons Involves N-methyl-D-aspartate Receptor Recruitment of Cav2.1 Channels2023

    • 著者名/発表者名
      Singh Mahendra、Sapkota Kiran、Sakimura Kenji、Kano Masanobu、Cowell Rita M、Overstreet-Wadiche Linda、Hablitz John J、Nakazawa Kazu
    • 雑誌名

      Neuroscience

      巻: 513 ページ: 38

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2023.01.007

    • 関連する報告書
      2023 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] Distorted neurocomputation by a small number of extra-large spines in psychiatric disorders2023

    • 著者名/発表者名
      Obi-Nagata Kisho、Suzuki Norimitsu、Miyake Ryuhei、MacDonald Matthew L.、Fish Kenneth N.、Ozawa Katsuya、Nagahama Kenichiro、Okimura Tsukasa、Tanaka Shoji、Kano Masanobu、Fukazawa Yugo、Sweet Robert A.、Hayashi-Takagi Akiko
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 9 号: 23 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1126/sciadv.ade5973

    • 関連する報告書
      2023 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] PTPδ is a presynaptic organizer for the formation and maintenance of climbing fiber to Purkinje cell synapses in the developing cerebellum2023

    • 著者名/発表者名
      Okuno Yuto、Sakoori Kazuto、Matsuyama Kyoko、Yamasaki Miwako、Watanabe Masahiko、Hashimoto Kouichi、Watanabe Takaki、Kano Masanobu
    • 雑誌名

      Frontiers in Molecular Neuroscience

      巻: 16 ページ: 1206245-1206245

    • DOI

      10.3389/fnmol.2023.1206245

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cerebellar climbing fibers multiplex movement and reward signals during a voluntary movement task in mice2023

    • 著者名/発表者名
      Ikezoe Koji、Hidaka Naoki、Manita Satoshi、Murakami Masayoshi、Tsutsumi Shinichiro、Isomura Yoshikazu、Kano Masanobu、Kitamura Kazuo
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 6 号: 1 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1038/s42003-023-05309-9

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] mGluR5 Is Substitutable for mGluR1 in Cerebellar Purkinje Cells for Motor Coordination, Developmental Synapse Elimination, and Motor Learning2022

    • 著者名/発表者名
      Harbers Maria、Nakao Harumi、Watanabe Takaki、Matsuyama Kyoko、Tohyama Shoichi、Nakao Kazuki、Kishimoto Yasushi、Kano Masanobu、Aiba Atsu
    • 雑誌名

      Cells

      巻: 11 号: 13 ページ: 2004-2004

    • DOI

      10.3390/cells11132004

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Endocannabinoid-dependent formation of columnar axonal projection in the mouse cerebral cortex2022

    • 著者名/発表者名
      Itami Chiaki、Uesaka Naofumi、Huang Jui-Yen、Lu Hui-Chen、Sakimura Kenji、Kano Masanobu、Kimura Fumitaka
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 119 号: 37

    • DOI

      10.1073/pnas.2122700119

    • 関連する報告書
      2022 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] Endocannabinoid-Mediated Control of Neural Circuit Excitability and Epileptic Seizures2022

    • 著者名/発表者名
      Sugaya Yuki、Kano Masanobu
    • 雑誌名

      Frontiers in Neural Circuits

      巻: 15 ページ: 781113-781113

    • DOI

      10.3389/fncir.2021.781113

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Flp-dependent G-CaMP9a transgenic mouse for neuronal imaging in vivo2022

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Masayuki, Inoue Masatoshi, Takeuchi Atsuya, Kobari Shigetaka, Yokoyama Tatsushi, Horigane Shin-ichiro, Takemoto-Kimura Sayaka, Abe Manabu, Sakimura Kenji, Kano Masanobu, Kitamura Kazuo, Fujii Hajime, Bito Haruhiko
    • 雑誌名

      Cell Reports Methods

      巻: 2 号: 2 ページ: 100168-100168

    • DOI

      10.1016/j.crmeth.2022.100168

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Combined glyoxalase 1 dysfunction and vitamin B6 deficiency in a schizophrenia model system causes mitochondrial dysfunction in the prefrontal cortex2021

    • 著者名/発表者名
      Toriumi Kazuya、Berto Stefano、Koike Shin、Usui Noriyoshi、Dan Takashi、Suzuki Kazuhiro、Miyashita Mitsuhiro、Horiuchi Yasue、Yoshikawa Akane、Asakura Mai、Nagahama Kenichiro、Lin Hsiao-Chun、Sugaya Yuki、Watanabe Takaki、Kano Masanobu、Ogasawara Yuki、Miyata Toshio、Itokawa Masanari、Konopka Genevieve、Arai Makoto
    • 雑誌名

      Redox Biology

      巻: 45 ページ: 102057-102057

    • DOI

      10.1016/j.redox.2021.102057

    • 関連する報告書
      2021 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] Carbon powder-filled microelectrode: An easy-to-fabricate probe for cellular electrochemistry2021

    • 著者名/発表者名
      Tsujimura Asuka、Kamae Yuhi、Kawasaki Hikaru、Nagai Haruki、Kano Masanobu、Tabata Toshihide
    • 雑誌名

      Analytical Biochemistry

      巻: 629 ページ: 114316-114316

    • DOI

      10.1016/j.ab.2021.114316

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] mGluR1 signaling in cerebellar Purkinje cells: class FormattedString { value: Subcellular organization and involvement in cerebellar function and disease }2021

    • 著者名/発表者名
      Yamasaki Miwako、Aiba Atsu、Kano Masanobu、Watanabe Masahiko
    • 雑誌名

      Neuropharmacology

      巻: 194 ページ: 108629-108629

    • DOI

      10.1016/j.neuropharm.2021.108629

    • URL

      https://localhost/en/publications/421e1763-b575-4342-8562-643cf562d1b0

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Calcium imaging of adult-born neurons in freely moving mice2021

    • 著者名/発表者名
      Carrier-Ruiz Alvaro、Sugaya Yuki、Kumar Deependra、Vergara Pablo、Koyanagi Iyo、Srinivasan Sakthivel、Naoi Toshie、Kano Masanobu、Sakaguchi Masanori
    • 雑誌名

      STAR Protocols

      巻: 2 号: 1 ページ: 100238-100238

    • DOI

      10.1016/j.xpro.2020.100238

    • 関連する報告書
      2020 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] Combining electrophysiology and optogenetics for functional screening of pyramidal neurons in the mouse prefrontal cortex2021

    • 著者名/発表者名
      Nagahama Kenichiro、Fujino Shuhei、Watanabe Takaki、Uesaka Naofumi、Kano Masanobu
    • 雑誌名

      STAR Protocols

      巻: 2 号: 2 ページ: 100469-100469

    • DOI

      10.1016/j.xpro.2021.100469

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In vivo genome editing in single mammalian brain neurons through CRISPR-Cas9 and cytosine base editors2021

    • 著者名/発表者名
      Song Beomjong、Kang Chan Young、Han Jun Hee、Kano Masanobu、Konnerth Arthur、Bae Sangsu
    • 雑誌名

      Computational and Structural Biotechnology Journal

      巻: 19 ページ: 2477

    • DOI

      10.1016/j.csbj.2021.04.051

    • 関連する報告書
      2020 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] An Autism-Associated Neuroligin-3 Mutation Affects Developmental Synapse Elimination in the Cerebellum2021

    • 著者名/発表者名
      Lai Esther Suk King、Nakayama Hisako、Miyazaki Taisuke、Nakazawa Takanobu、Tabuchi Katsuhiko、Hashimoto Kouichi、Watanabe Masahiko、Kano Masanobu
    • 雑誌名

      Frontiers in Neural Circuits

      巻: 15 ページ: 676891-676891

    • DOI

      10.3389/fncir.2021.676891

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Phospholipase C β3 is Required for Climbing Fiber Synapse Elimination in Aldolase C-positive Compartments of the Developing Mouse Cerebellum2020

    • 著者名/発表者名
      Rai Yurie、Watanabe Takaki、Matsuyama Kyoko、Sakimura Kenji、Uesaka Naofumi、Kano Masanobu
    • 雑誌名

      Neuroscience

      巻: 462 ページ: 36

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2020.04.035

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Reactivation of adult-born neuron ensembles in REM sleep for memory consolidation2023

    • 著者名/発表者名
      Masanori Sakaguchi、Iyo Koyanagi、Pablo Vergara、Yuteng Wang、Jiahui Yu、Toshie Naoi、Kapar E Vogt、Yoan Cherasse、Noriki Kutsumura、Yuki Sugaya、Masanobu Kano、Takeshi Sakurai、Taro Tezuka、Sakthivel Srinivasan
    • 学会等名
      The 46th Annual Meeting of Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Negative reward-prediction errors of climbing fiber inputs for cerebellar reinforcement learning algorithm2023

    • 著者名/発表者名
      Hoang Thien Huu、Shinichiro Tsutsumi、Masanori Matsuzaki、Masanobu Kano、Keisuke Toyama、Kazuo Kitamura、Mitsuo Kawato
    • 学会等名
      The 46th Annual Meeting of Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Calcium-Dependent Regulation of Climbing Fiber Synapse Elimination in the Developing Cerebellum2023

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Kano
    • 学会等名
      IRCN-iPlasticity International Symposium
    • 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] 神経活動に依存したシナプス刈り込みによる成熟神経回路の形成2023

    • 著者名/発表者名
      狩野 方伸
    • 学会等名
      日本生理学会第100回記念大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 小脳における発達期シナプス刈り込みの活動依存的制御2022

    • 著者名/発表者名
      狩野 方伸
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会(NEURO2022,)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 神経発火異常を引き起こす巨大スパインの非線形コンピュテーション2022

    • 著者名/発表者名
      小尾(永田) 紀翔、鈴木 紀光、Matthew L. MacDonald、Kenneth N. Fish、白井 福寿、沖村 宰、長濱 健一郎、田中 昌司、狩野 方伸、Robert A. Sweet、林(高木) 朗子
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会(NEURO2022,)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 小脳プルキンエ細胞特異的なmGluR5の発現はmGluR1の運動協調およびシナプス刈り込みの機能を代替できる2022

    • 著者名/発表者名
      ハーベス まりあ、中尾 晴美、渡邉 貴樹、岸本 泰司、狩野 方伸、饗場 篤
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会(NEURO2022,)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Diacylglycerol lipase-α ノックアウトマウスにみられる早期眼優位可塑性への抑制性神経回路の関与2022

    • 著者名/発表者名
      亀山 克朗、米田 泰輔、後藤 隆浩、寺田 慧子、高木 正浩、吉村 由美子、崎村 建司、狩野 方伸、畠 義郎
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会(NEURO2022,)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Calcium-dependent regulation of climbing fiber synapse elimination in the developing cerebellum2022

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Kano
    • 学会等名
      The 12th International Symposium of the RESEARCH ON THE CEREBELLUM AND ATAXIAS (SRCASRCA2022)
    • 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] Endocannabinoid-dependent formation of columnar axonal projection of layer 4 neurons in the mouse cerebral cortex2022

    • 著者名/発表者名
      Chiaki Itami, Naofumi Uesaka, Jui-Yen Huang, Hui-Chen Lu, Kenji Sakimura, Masanobu Kano, Fumitaka Kimura
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 自由行動下で記憶想起課題中のマウス歯状回顆粒細胞の活動2021

    • 著者名/発表者名
      菅谷 佑樹、Ruiz Alvaro、狩野 方伸
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 発達期小脳においてプレシナプスのLAR-RPTPsはプルキンエ細胞樹状突起上の登上線維シナプス領域の拡大を促進する2021

    • 著者名/発表者名
      奥野 優人、渡邉 貴樹、佐郡 和人、狩野 方伸
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 自発レバー引き課題を行うマウスにおける小脳プルキンエ細胞の複雑スパイク活動の符号化モデル解析2021

    • 著者名/発表者名
      池添 貢司、日高 直樹、真仁田 聡、村上 誠祥、堤 新一郎、礒村 宜和、狩野 方伸、喜多村 和郎
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脳の機能発達を担うシナプス刈り込みのアストロサイト依存性とその分子基盤2021

    • 著者名/発表者名
      上阪 直史、赤松 翼、狩野 方伸
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 生後小脳発達と社会性行動に関わる自閉症感受性遺伝子AUTS2の生理機能の解明2021

    • 著者名/発表者名
      堀 啓、山城 邦比古、Esther Lai、青木 瞭、嶋岡 可純、有村 奈利子、江草 早紀、坂本 亜沙美、阿部 学、崎村 健司、渡邊 貴樹、上坂 直史、狩野 方伸、星野 幹雄
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-11-24   更新日: 2024-12-25  

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