| 研究課題/領域番号 |
20H00522
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分51:ブレインサイエンスおよびその関連分野
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| 研究機関 | 藤田医科大学 |
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研究代表者 |
宮川 剛 藤田医科大学, 医科学研究センター, 教授 (10301780)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円)
2024年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2023年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
2022年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
2021年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
2020年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
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| キーワード | 未成熟歯状回 / 神経過活動 / 行動 / 光遺伝学 / カルシウムイメージング / 成熟可塑性 / 海馬歯状回 / クロマチン構造 / 脱成熟 / ゲノム三次元構造 / 成熟度可塑性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
研究代表者らは、神経の過活動や炎症などによって脳の細胞が擬似的未成熟状態に戻る「脱成熟」が生じること、また刺激の強度に応じて、すぐに「再成熟」が生じる短期脱成熟と長期に渡り持続する長期脱成熟があることを見出した（成熟度可塑性）。成熟度可塑性の異常は、精神疾患、認知症のモデルマウスやヒト疾患サンプルなどからも疾患横断的に得られつつある。本研究では、光遺伝学的手法で脱成熟を誘導したマウスや各種疾患モデルマウスを用いつつ、成熟度可塑性のA)機能的意味、B)分子メカニズムを解明し、C)成熟度の制御法の開発を行う。これにより、成熟度可塑性の個体レベルでの機能を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、昨年度に引き続き、神経過活動によって生じる海馬歯状回における脳細胞の脱成熟現象に関与するゲノム3次元構造変化の詳細とその機能を明らかにすることを目的とした。光遺伝学的手法を用いて脱成熟を誘導したマウスの歯状回を準備し、ATAC-seqによる網羅的オープンクロマチン領域解析を行ったところ、神経過活動によって核ゲノムの3次元構造が大規模かつ長期的に変化することが明らかになった。また、超解像顕微鏡を用いてクロマチンを構成するヒストンタンパクの修飾状態を調べ、神経活動操作によりヒストンリン酸化やヒストンメチル化といったエピジェネティックなクロマチン修飾の変化が脳細胞のゲノムで起きていることがわかった。バイオインフォマティクスツールおよび既存のデータを活用し、クロマチンのヒストン修飾の変化とゲノム3次元構造変化との関係に関する網羅的情報を取得した。さらに、神経活動操作によって生じる脳細胞の脱成熟が脳回路・個体レベルでどのような機能を果たしているのかを明らかにするため、光遺伝学的刺激を行うことにより歯状回の神経細胞で脱成熟を誘導しながら、行動課題遂行中のin vivoカルシウムイメージングによる神経活動解析を行うための準備を進めた。技術的な問題から当初の想定に反して、イメージング実験に使えるマウスの準備が遅れ、神経過活動を誘導するための光刺激条件について最適な条件を絞り込むまでには至らなかったが、目的の達成に向けて実験の準備が整った。
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| 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
神経過活動によって生じる海馬歯状回の脱成熟現象の基盤の1つと考えられるゲノム3次元構造の変化について、網羅的オープンクロマチン領域解析やヒストンリン酸化・ヒストンメチル化などのクロマチン修飾解析を進め、バイオインフォマティクス解析を行うことによりエピジェネティックな変化が生じていることを突き止め、脱成熟現象の分子基盤の一端を明らかにした。この脱成熟による細胞・回路レベルでの機能的変化を調べるため、in vivoカルシウムイメージングを利用した神経細胞集団の活動解析を計画したが、実験用のマウスの準備と実験条件の検討を十分に行うことができず、この計画については遅れが生じる結果となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、光遺伝学的刺激システムとin vivoカルシウムイメージングシステムを組み合わせた技術を活用し、反復的な光遺伝学的刺激によって誘導される神経細胞集団の活動パターンの変化を経時的に観察することで、脱成熟に伴う細胞・回路レベルでの機能的な変化を明らかにする。この目的を達成するため、イメージング実験用の十分な数の遺伝子改変マウスを準備し、光遺伝学的刺激を行いながら同時にカルシウムイメージングを行うための最適な条件を検討する。また、海馬歯状回は空間認知において重要な役割を果たしていることから、神経過活動による脱成熟に伴う歯状回の神経細胞集団の活動が空間認知場面での行動の変化とどのような関係にあるのかを詳細に調べる。これらの解析により、海馬歯状回における神経過活動による脱成熟と細胞・回路・行動レベルでの機能との関係を明らかにする。
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