新規遺伝スイッチを用いた鳥類大脳神経回路形成機構の解明

• 研究課題/領域番号: 20K22665
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0702:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
• 研究機関: 公益財団法人東京都医学総合研究所
• 研究代表者: 隈元 拓馬 公益財団法人東京都医学総合研究所, 脳・神経科学研究分野, 主席研究員 (10570880)
• 研究期間 (年度): 2020-09-11 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 遺伝スイッチ / 鳥類脳 / 神経発生 / 遺伝ツール / 脳進化 / 鳥類大脳 / 鳥類 / 神経幹細胞 / クローン

研究開始時の研究の概要

脳は脊椎動物において感覚情報の処理や、それに応じた判断や行動、ヒトにおける精神活動などのあらゆる認知活動を支えている。脊椎動物の進化の過程で、特に哺乳類と鳥類では大脳が発達し高次脳機能を担ってきた。一方で神経細胞の配置様式は、哺乳類と鳥類では大きく異なる。では、それぞれの種の大脳はどの様に進化してきたのだろうか？比較進化発生学的観点からこの問いに取り組むことは、最終的にはヒト脳の成り立ちに対する新知見をもたらし、脳先天疾患の原因究明や治療法開発への貢献が期待できる。そこで本研究では哺乳類と非哺乳類の大脳発生比較解析を行うことで、生物種に特異的な構造を生み出す発生学的基盤を明らかにする。

研究成果の概要

本研究は生物種特異的な大脳外套構造を生み出す発生学的基盤を明らかにするため、研究代表者が開発したiOnスイッチの改良と鳥類脳の時空間的イメージングの整備に取り組んだ。iOnスイッチの改良では、５色のバージョンと細胞内局在タグを付加したiOnスイッチも作製した。イメージングに関しては、Scale法を用いてクローン標識鳥類脳スライス及び全脳を透明化し、共焦点顕微鏡を用いて１細胞レベルで撮影することに成功した。また、全脳透明化脳の光シート顕微鏡撮影法の条件検討と、脳スライスを用いたタイムラプスイメージングを行った。これらの検討から、iOnスイッチが従来のツールよりも正確なデータが取れることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

異なる生物種の脳構築を比較し、生物種間共通もしくは生物種特異的なメカニズムを同定することは、脳進化を知る上で必要不可欠である。これまで遺伝子改変生物の充実しているマウスでは詳細な脳発生メカニズムの解析が行われてきているが、鳥類など遺伝子改変生物樹立の難しい生物では困難であった。近年研究代表者の開発したiOnスイッチは、非モデル生物における詳細な発生解析を可能にするツールであるが、未だ発展途上であった。本研究ではiOnツールの拡充と、鳥類脳研究におけるiOnスイッチを用いた条件検討を行った。本研究はiOnスイッチを用いた脳進化発生研究を進める上で重要な情報を網羅した結果となるだろう。

研究成果

• [雑誌論文] Visualizing Cortical Development and Evolution: A Toolkit Update (2022)
  • 著者名/発表者名: Kumamoto T, Ohtaka-Maruyama C.
  • 雑誌名: Front. Neurosci. 巻: - ページ: 876406-876406
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.876406
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Potential of Multiscale Astrocyte Imaging for Revealing Mechanisms Underlying Neurodevelopmental Disorders (2021)
  • 著者名/発表者名: Kumamoto Takuma、Tsurugizawa Tomokazu
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 22 号: 19 ページ: 10312-10312
  • DOI: 10.3390/ijms221910312
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ゲノム挿入依存的遺伝スイッチの開発と脳進化発生研究への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 隈元拓馬
  • 学会等名: 日仏生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] Analysis of the timing and distribution of glial cells in the developing chick pallium (2022)
  • 著者名/発表者名: 隈元拓馬
  • 学会等名: Neuro2022
  • 国際学会
• [学会発表] Extensions of the iOn (integration-coupled On) transgenesis strategy to trace lineage and probe gene function in neural stem cells (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Kumamoto(*), K. Keshavarz-Ferajkhah(*), S. Esposito, G. Le Dreau, F. Maurinot, R. Barry-Martinet, C. Vaslin, S. Vandormael-Pournin, M. Le, M. Lerat, D. Niculescu, M. Cohen-Tannoudji, A. Rebsam, K. Loulier, S. Tozer, S. Nedelec and J. Livet
  • 学会等名: FENS2022
  • 国際学会
• [学会発表] iOn switch is a novel neural lineage tracing tool in the chick cortex (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuma Kumamoto, Kyosuke Wada, Chiaki Ohtaka-Maruyama
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会・CJK第1回国際会議
  • 国際学会
• [学会発表] 新規トランスポゾンベクターの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 隈元 拓馬
  • 学会等名: 第73回日本生物工学会大会シンポジウム
  • 招待講演
• [備考] 個人の研究ページ
  • URL: https://takumakumamoto.wixsite.com/mysite
• [備考] 研究者個人のホームページ
  • URL: https://takumakumamoto.wixsite.com/mysite
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://www.igakuken.or.jp/regeneration/