発達期の脳の細胞種特異的クロマチン動態から解明する神経回路可塑性のメカニズム

• 研究課題/領域番号: 16K14781
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 遺伝・染色体動態
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 酒井 晶子 新潟大学, 医歯学総合研究科, 日本学術振興会特別研究員 (70532745)
• 研究協力者: 中戸 隆一郎
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 臨界期 / 抑制性ニューロン / PV細胞 / ChIP-seq / 細胞種特異的トランスクリプトーム / クロマチン / 転写制御 / Otx2 / トランスクリプトーム / パルブアルブミン / 精神疾患 / ミトコンドリア / 脳・神経 / 神経可塑性 / コヒーシン

研究成果の概要

ほ乳類において経験による脳機能の発達を司る抑制性ニューロン（PV細胞）に特異的な遺伝子発現・クロマチン動態制御を明らかにすることを目的とした。PV細胞の発達に必須なホメオタンパク質Otx2の下流遺伝子群を、ChIP-seqおよび細胞種特異的RNA-seqを用いて網羅的に同定したところ、PV細胞に特徴的な高頻度発火に必要な機能発達に加え、それに伴うホメオスタシス制御の重要性が明らかになった。また、コヒーシン関連因子の機能解析からPV細胞の成熟にクロマチン構造の制御が重要であることが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脳の成長には、神経回路の興奮性を調節する抑制性の神経細胞の働きが不可欠である。本研究では、経験に応じて脳の発達を促すOtx2が調節し得る遺伝子として、抑制性神経細胞の機能に必要な遺伝子群や、細胞の恒常性を保つ抗酸化遺伝子を新たに発見した。また、遺伝子調節の背景にある染色体の構造の調節の重要性も見出した。本研究の成果は、脳の成長のしくみと、その異常による精神疾患の原因の解明につながると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Experience-dependent transcriptional regulation in juvenile brain development (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakai Akiko、Sugiyama Sayaka
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 60 号: 8 ページ: 473-482
  • DOI: 10.1111/dgd.12571
  • 査読あり
• [雑誌論文] 特集 大脳皮質-成り立ちから機能へ 臨界期の機構─子どもの脳の柔軟性を紐解く (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井 晶子、杉山 清佳
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 68 号: 1 ページ: 54-58
  • DOI: 10.11477/mf.2425200575
  • ISSN: 0370-9531, 1883-5503
  • 年月日: 2017-02-15
• [雑誌論文] Genome-Wide Target Analyses of Otx2 Homeoprotein in Postnatal Cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakai Akiko、Nakato Ryuichiro、Ling Yiwei、Hou Xubin、Hara Norikazu、Iijima Tomoya、Yanagawa Yuchio、Kuwano Ryozo、Okuda Shujiro、Shirahige Katsuhiko、Sugiyama Sayaka
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 11 ページ: 307-307
  • DOI: 10.3389/fnins.2017.00307
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chondroitin Sulfate Is Required for Onset and Offset of Critical Period Plasticity in Visual Cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Hou X, Yoshioka N, Tsukano H, Sakai A, Miyata S, Watanabe Y, Yanagawa Y, Sakimura K, Takeuchi K, Kitagawa H, Hensch TK, Shibuki K, Igarashi M, Sugiyama S
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 12646-12646
  • DOI: 10.1038/s41598-017-04007-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Regulation of transcription and chromatin structure in postnatal cortical development (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiko Sakai
  • 学会等名: The 9th BRI International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 経験による脳の発達に必須な抑制性介在ニューロンにおける転写制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 酒井 晶子・中戸 隆一郎・凌 一葦・侯 旭濱・飯島 友也・原 範和・桑野 良三・奥田 修二郎・白髭 克彦・杉山 清佳
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会
• [学会発表] Analysis of chromatin dynamics in postnatal cortical plasticity (2018)
  • 著者名/発表者名: Akiko Sakai
  • 学会等名: Brain Research Institute the 8th international symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Genome-wide targets of Otx2 homeoprotein in postnatal cortical interneuron are implicated in mitochondria and neurodevelopmental disorders /発達期の抑制性介在ニューロンにおけるOtx2下流因子群はミトコンドリア機能と精神疾患に関わる (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井 晶子、中戸 隆一郎、凌 一葦、侯 旭濱、原 範和、飯島 友也、柳川 右千夫、桑野 良三、奥田 修二郎、白髭 克彦 、杉山 清佳
  • 学会等名: 第10回神経発生討論会
  • 発表場所: 秋保リゾートホテルクレセント(宮城県仙台市)
  • 年月日: 2017-03-10
• [学会発表] 生後の抑制性介在ニューロン発達におけるホメオタンパク質Otx2の網羅的ターゲット解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井 晶子、中戸 隆一郎、凌 一葦、侯 旭濱、飯島 友也、原 範和、柳川 右千夫、桑野 良三、奥田 修二郎、白髭 克彦、杉山 清佳
  • 学会等名: 第11回日本エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] 発達期の抑制性介在ニューロンにおけるOtx2下流因子群は代謝と精神疾患に関わる (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井 晶子、中戸 隆一郎、凌 一葦、侯 旭濱、飯島 友也、原 範和、柳川 右千夫、桑野 良三、奥田 修二郎、白髭 克彦、杉山 清佳
  • 学会等名: 第58回新潟生化学懇話会
• [学会発表] Genome-wide Target Analyses of Otx2 Homeoprotein In Postnatal Cortical Interneuron (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakai, A., Nakato, R., Ling, Y., Hou, X., Hara, N., Iijima, T., Yanagawa, Y., Kuwano, R., Okuda, S., Shirahige, K., Sugiyama, S.
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会