発達期視床におけるヒゲ経験依存的シナプス再編の神経活動依存性の解析

• 研究課題/領域番号: 20K06862
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分46010:神経科学一般関連
• 研究機関: 東京女子医科大学
• 研究代表者: 河村 寿子 (中山寿子) 東京女子医科大学, 医学部, 准教授 (70397181)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 体性感覚視床 / シナプス刈り込み / 神経活動依存性 / 臨界期 / 発達 / シナプス / リモデリング / 視床 / 生後発達 / 神経活動 / DREADDs / シナプスリモデリング / シナプス再編成

研究開始時の研究の概要

視床神経回路をモデルにして生後の経験依存的なシナプス再編の各過程（「選別」「強化」「刈り込み」）が、入力線維、シナプス後細胞、両者間のシナプス伝達に如何に依存するかを調べる。Kir2.1、NaChBac、テタヌストキシンを発現するAAVを生直後の脳に接種して神経活度操作を行う。本研究では、ヒゲ経路特異的Cre発現マウスとCre依存的遺伝子発現AAVベクターを用いて、経路特異的に神経活動操作と蛍光標識を行う。生後21日目以降に急性脳スライスを作成し、パッチクランプでシナプス応答を測定して「強化」と「刈り込み」の評価を行うとともに、形態学的に入力線維の由来を識別して「選別」の評価を行う。

研究成果の概要

マウスのヒゲ感覚情報経路の脳幹PrV2から視床VPｍへのシナプス結合において、シナプス刈り込みとシナプス強化という２つの発達過程にPrV2とVPmニューロンの神経活動がどのように関与するかを明らかにするため、Kir2.1またはhM4D(Gi)を発現するAAVを用いてそれぞれの神経活動を抑制する実験を行った。その結果、先行研究でヒゲ経験依存的臨界期として知られていた生後12―15日目に加えて、生後8－11日目にもPrV2とVPmの神経活動抑制によって影響される過程が存在し、この時期のPrV2の活動はシナプス刈り込みに、VPmの神経活動はシナプス強化に大きく関与することが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

PrV2-VPmシナプスの強化と刈り込みは生後2-3週目に渡り生じるが、先行研究では、P12-15という限られた期間の過程がヒゲ抜去で障害されることが明らかにされているものの、その前後の発達過程を制御する機構は不明であった。我々の研究は、PrV2-VPmシナプスの強化と刈り込み過程にP8-11とP12-15という2つの段階があり、それぞれ異なる細胞の神経活動によって制御されるという全く新しい知見であり、今後の制御機構解明に大きく貢献すると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] DNA hypomethylator phenotype reprograms glutamatergic network in receptor tyrosine kinase gene-mutated glioblastoma (2024)
  • 著者名/発表者名: Harachi Mio、Masui Kenta、Shimizu Erika、Murakami Kumiko、Onizuka Hiromi、Muragaki Yoshihiro、Kawamata Takakazu、Nakayama Hisako、Miyata Mariko、Komori Takashi、Cavenee Webster K.、Mischel Paul S.、Kurata Atsushi、Shibata Noriyuki
  • 雑誌名: Acta Neuropathologica Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 40-40
  • DOI: 10.1186/s40478-024-01750-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CTCF loss induces giant lamellar bodies in Purkinje cell dendrites. (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruyoshi Hirayama, Yuuki Kadooka, Etsuko Tarusawa, Sei Saitoh, Hisako Nakayama, Natsumi Hoshino, Soichiro Nakama, Takahiro Fukuishi, Yudai Kawanishi, Hiroki Umeshima, Koichi Tomita, Yumiko Yoshimura, Niels Galjart, Kouichi Hashimoto, Nobuhiko Ohno, Takeshi Yagi
  • 雑誌名: Acta Neuropathol Commun. 巻: Nov 29;10(1):172 号: 1 ページ: 172-172
  • DOI: 10.1186/s40478-022-01478-6
  • 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 Cerebellum (2021)
  • 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
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spike firing attenuation of serotonin neurons in learned helplessness rats is reversed by ketamine (2021)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Kouichi、Yamawaki Yosuke、Yamaoka Kenji、Yoshida Takayuki、Okada Kana、Tan Wanqin、Yamasaki Miwako、Matsumoto-Makidono Yoshiko、Kubo Reika、Nakayama Hisako、Kataoka Tsutomu、Kanematsu Takashi、Watanabe Masahiko、Okamoto Yasumasa、Morinobu Shigeru、Aizawa Hidenori、Yamawaki Shigeto
  • 雑誌名: Brain Communications 巻: 3 号: 4 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1093/braincomms/fcab285
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tonic GABAergic Inhibition Is Essential for Nerve Injury-Induced Afferent Remodeling in the Somatosensory Thalamus and Ectopic Sensations (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagumo Y, Ueta Y, Nakayama H, Osaki H, Takeuchi Y, Uesaka N, Kano M, Miyata M
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 31 号: 12 ページ: 107797-107797
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107797
  • NAID: 120007053424
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 思春期の社会的孤立はグルココルチコイド受容体の過剰活性化を介して視床神経回路を改編し感覚認知行動を変容させる (2024)
  • 著者名/発表者名: 中山寿子
  • 学会等名: 第9回曙橋神経懇話会
• [学会発表] Activation of neuronal glucocorticoid receptors by adolescent social isolation reorganizes neural circuits in the sensory thalamus. (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Hisako, Sekino Sachie, Miyata Mariko
  • 学会等名: 第46回 日本神経科学大会
• [学会発表] 思春期ストレスによる視床ニューロンのグルココルチコイド受容体を介した神経回路改編 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中山寿子、関野沙知絵、宮田麻理子
  • 学会等名: 学術変革領域研究 A 「臨界期生物学 夏の領域班会議」
• [学会発表] 思春期の社会的孤立はグルココルチコイド受容体の過剰活性化を介して感覚視床神経回路を改編し感覚認知行動を変容させる (2023)
  • 著者名/発表者名: 中山寿子
  • 学会等名: 東京女子医科大学 令和5年度ダイバーシティ環境整備事業 中間報告会
• [学会発表] 思春期の社会隔離による視床神経回路の改編 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中山寿子、宮田麻理子
  • 学会等名: 日本生理学会第100回記念大会
• [学会発表] 社会性ストレスによる視床シナプス結合の改編 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中山寿子、宮田麻理子
  • 学会等名: NEURO2022
  • 国際学会
• [学会発表] 社会性ストレスによる視床神経回路の改編 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中山寿子、宮田麻理子
  • 学会等名: 第99回 日本生理学会大会
• [学会発表] 発達期視床ヒゲ領域シナプス結合の選択的強化と単一支配の獲得における視床ニューロン神経活動の役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中山寿子、宮田麻理子
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会 / 第1回CJK国際会議
• [図書] Annual Review 神経 2024_感覚視床の発達 (2024)
  • 著者名/発表者名: 中山寿子、宮田麻理子
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: 中外医学社