フェレットを用いた大脳皮質神経回路の形成機構の解明

• 研究課題/領域番号: 21K19306
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分46:神経科学およびその関連分野
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 河崎 洋志 金沢大学, 医学系, 教授 (50303904)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2021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: 大脳 / U線維 / フェレット / 大脳皮質

研究開始時の研究の概要

ヒトの大脳にはマウスの大脳には見られない、高等哺乳動物に特徴的な様々な脳構築が存在し、これらの解析は次世代の重要研究課題である。U線維は大脳皮質直下にある短連合線維であり、近隣の大脳皮質の機能的連合に重要と考えられているが、マウスでの存在が報告されておらずその解析は遅れていた。そこで本研究課題ではU線維の投射パターンや形成制御機構を解明する。U線維は認知症における重要性も指摘されており、本研究課題の成果は臨床医学的もしくは社会的な波及効果も大きい。また高等哺乳動物にはU線維以外にも、様々な特徴的な神経回路が存在することから、本研究課題の成果はそれらにも幅広く応用が可能であるなど発展性も大きい。

研究成果の概要

U線維は大脳皮質直下にある短連合線維であり、近隣の大脳皮質の機能的連合に重要と考えられている。本研究ではこれまで不明であったU線維内部の詳細な特性解析を行った。フェレット大脳皮質のU線維領域を各種染色を用いて解析した結果、U線維領域は特徴の異なる２つの亜領域に分割できることを見いだし、内側U線維領域と外側U線維領域と命名した。電子顕微鏡を用いた解析の結果、外側U線維領域に比べて内側U線維領域は、厚い髄鞘を持つ太い軸索が多く分布していることを見いだした。この結果は、U線維領域は従来考えられてきた以上に複雑な構成をしていることを示唆している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ヒトやサルの大脳にはU-fiberが存在しており、高次脳機能に重要ではないかと考えられている。おもしろいことに副腎白質ジストロフィーなどの疾患では深部白質では脱髄が見られるものの、U-fiber領域の髄鞘は傷害されず保たれることが知られており、U-fiber領域の特殊性が注目されている。またU-fiberは認知症や統合失調症、自閉症などの神経変性疾患や発達障害における重要性も指摘されていることから、U-fiberの研究は神経科学および脳進化の観点からの重要性だけではなく、臨床医学的もしくは社会的な意義も大きい。

研究成果

• [国際共同研究] Univ Notre Dame(米国)
• [国際共同研究] VIB Research Center(ベルギー)
• [雑誌論文] Investigation of the mechanisms underlying the development and evolution of folds of the cerebrum using gyrencephalic ferrets (2024)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 532 号: 4
  • DOI: 10.1002/cne.25615
  • 査読あり
• [雑誌論文] Toward a better understanding of how a gyrified brain develops (2024)
  • 著者名/発表者名: Barresi Mikaela、Hickmott Ryan Alexander、Bosakhar Abdulhameed、Quezada Sebastian、Quigley Anita、Kawasaki Hiroshi、Walker David、Tolcos Mary
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 34 号: 2
  • DOI: 10.1093/cercor/bhae055
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct subdivisions of subcortical U-fiber regions in the gyrencephalic ferret brain (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshino Mayuko、Shiraishi Yoshitake、Saito Kengo、Kameya Narufumi、Hamabe-Horiike Toshihide、Shinmyo Yohei、Nakada Mitsutoshi、Ozaki Noriyuki、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 200 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.neures.2023.10.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional analysis of two abnormal antithrombin proteins with different intracellular kinetics (2023)
  • 著者名/発表者名: Imai Yuta、Nagaya Satomi、Araiso Yuhei、Meguro-Horike Makiko、Togashi Tomoki、Horike Shin-ichi、Kawasaki Hiroshi、Morishita Eriko
  • 雑誌名: Thrombosis Research 巻: 230 ページ: 18-26
  • DOI: 10.1016/j.thromres.2023.08.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation of the Mechanisms Underlying the Development and Evolution of the Cerebral Cortex Using Gyrencephalic Ferrets (2023)
  • 著者名/発表者名: Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Neocortical Neurogenesis in Development and Evolution 巻: ― ページ: 527-546
  • DOI: 10.1002/9781119860914.ch24
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shank3a/b isoforms regulate the susceptibility to seizures and thalamocortical development in the early postnatal period of mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Okuzono Sayaka、Fujii Fumihiko、Matsushita Yuki、Setoyama Daiki、Shinmyo Yohei、Taira Ryoji、Yonemoto Kousuke、Akamine Satoshi、Motomura Yoshitomo、Sanefuji Masafumi、Sakurai Takeshi、Kawasaki Hiroshi、Han Kihoon、Kato Takahiro A.、Torisu Hiroyuki、Kang Dongchon、Nakabeppu Yusaku、Sakai Yasunari、Ohga Shouichi
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: in press ページ: 13-19
  • DOI: 10.1016/j.neures.2023.03.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of the mechanisms underlying the development and evolution of the cerebral cortex using gyrencephalic ferrets (2023)
  • 著者名/発表者名: Shinmyo Y. and Kawasaki H.
  • 雑誌名: Neocortical Neurogenesis in Development and Evolution 巻: －
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Technical Approach for Cross-species Examination of Neuronal Wiring and Adult Neuron-glia Functions (2023)
  • 著者名/発表者名: Edwards-Faret Gabriela、de Vin Filip、Slezak Michal、Gollenbeck Lennart、Karaman Ruchan、Shinmyo Yohei、Batiuk Mykhailo Y.、Pando Carmen Menacho、Urschitz Johann、Rincon Melvin Y.、Moisyadi Stefan、Schnutgen Frank、Kawasaki Hiroshi、Schmucker Dietmar、Holt Matthew G.
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 508 ページ: 40-51
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2022.11.029
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of Tau protein as a novel marker for maturation and pathological changes of oligodendrocytes (2022)
  • 著者名/発表者名: Torii Tomohiro、Miyamoto Yuki、Nakata Rinaho、Higashi Yuto、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi、Miyasaka Tomohiro、Misonou Hiroaki
  • 雑誌名: Glia 巻: 71 号: 4 ページ: 1002-1017
  • DOI: 10.1002/glia.24322
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Isolation of ferret astrocytes reveals their morphological, transcriptional, and functional differences from mouse astrocytes (2022)
  • 著者名/発表者名: Roboon Jureepon、Hattori Tsuyoshi、Nguyen Dinh Thi、Ishii Hiroshi、Takarada-Iemata Mika、Kannon Takayuki、Hosomichi Kazuyoshi、Maejima Takashi、Saito Kengo、Shinmyo Yohei、Mieda Michihiro、Tajima Atsushi、Kawasaki Hiroshi、Hori Osamu
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 16 ページ: 1-15
  • DOI: 10.3389/fncel.2022.877131
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanisms underlying the development and evolution of the mammalian cerebral cortex (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki H.
  • 雑誌名: Siberian Medical Review 巻: 2 号: 2 ページ: 105-105
  • DOI: 10.20333/25000136-2022-2-105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orchestrated neuronal migration and cortical folding: A computational and experimental study (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Shuolun、Saito Kengo、Kawasaki Hiroshi、Holland Maria A.
  • 雑誌名: PLOS Computational Biology 巻: 18 号: 6 ページ: e1010190-e1010190
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1010190
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Localized astrogenesis regulates gyrification of the cerebral cortex (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinmyo Yohei、Saito Kengo、Hamabe-Horiike Toshihide、Kameya Narufumi、Ando Akitaka、Kawasaki Kanji、Duong Tung Anh Dinh、Sakashita Masataka、Roboon Jureepon、Hattori Tsuyoshi、Kannon Takayuki、Hosomichi Kazuyoshi、Slezak Michal、Holt Matthew G.、Tajima Atsushi、Hori Osamu、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 号: 10 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1126/sciadv.abi5209
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visual cortex damage in a ferret model of ocular hypertension (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujishiro Takashi、Honjo Megumi、Kawasaki Hiroshi、Aihara Makoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Ophthalmology 巻: 66 号: 2 ページ: 205-212
  • DOI: 10.1007/s10384-022-00901-8
  • NAID: 210000172739
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of the Mechanisms Underlying the Development and Evolution of the Cerebral Cortex Using Gyrencephalic Ferrets (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinmyo Yohei、Hamabe-Horiike Toshihide、Saito Kengo、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 10 ページ: 847159-847159
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.847159
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphorylation of GAP-43 T172 is a molecular marker of growing axons in a wide range of mammals including primates (2021)
  • 著者名/発表者名: Okada Masayasu、Kawagoe Yosuke、Sato Yuta、Nozumi Motohiro、Ishikawa Yuya、Tamada Atsushi、Yamazaki Hiroyuki、Sekino Yuko、Kanemura Yonehiro、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi、Kaneko Naoko、Sawamoto Kazunobu、Fujii Yukihiko、Igarashi Michihiro
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 14 号: 1 ページ: 66-66
  • DOI: 10.1186/s13041-021-00755-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] BMP signaling alters aquaporin-4 expression in the mouse cerebral cortex (2021)
  • 著者名/発表者名: Morita Kazuya、Matsumoto Naoyuki、Saito Kengo、Hamabe-Horiike Toshihide、Mizuguchi Keishi、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 10540-10540
  • DOI: 10.1038/s41598-021-89997-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Establishment of an induced pluripotent stem cell line from a female domestic ferret (Mustela putorius furo) with an X chromosome instability (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimatsu Sho、Murakami Rei、Nakajima Mayutaka、Sato Tsukika、Kawasaki Hiroshi、Okano Hideyuki
  • 雑誌名: Stem Cell Research 巻: 53 ページ: 102385-102385
  • DOI: 10.1016/j.scr.2021.102385
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ERAD components Derlin-1 and Derlin-2 are essential for postnatal brain development and motor function (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama T, Murao N, Kadowaki H, Takao K, Miyakawa T, Matsushita Y, Katagiri T, Futatsugi A, Shinmyo Y, Kawasaki H, Sakai J, Shiomi K, Nakazato M, Takeda K, Mikoshiba K, Ploegh HL, Ichijo H, Nishitoh H
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 号: 7 ページ: 102758-102758
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102758
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The distribution of Cdh20 mRNA demarcates somatotopic subregions and subpopulations of spiny projection neurons in the rat dorsolateral striatum (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Masanori、Fukabori Ryoji、Kawasaki Hiroshi、Kobayashi Kazuto、Kawakami Kiyoshi
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 529 号: 16 ページ: 3655-3675
  • DOI: 10.1002/cne.25215
  • 査読あり
• [学会発表] A positive feedback loop of FGF signaling induces astrocyte expansion_ and folding of the cerebral cortex in gyrencephalic animals (2024)
  • 著者名/発表者名: Yohei Shinmyo, Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: 第129回日本解剖学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] A positive feedback loop of FGF signaling induces astrocyte expansion and folding of the cerebral cortex in gyrencephalic animals (2023)
  • 著者名/発表者名: Yohei Shinmyo, Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: Novel Insights into Glia Function & Dysfunction, AWAJI, JAPAN_
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular mechanisms underlying the formation of folds on the mammalian cerebral cortex (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: BLACK SEA NEUROGENESIS 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanisms underlying the folding of the mammalian cerebral cortex (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: Cortical Evolution 2023
  • 国際学会
• [学会発表] MECHANISMS UNDERLYING THE FORMATION AND EVOLUTION OF FOLDS ON THE MAMMALIAN CEREBRAL CORTEX (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: 11th IBRO World Congress of Neuroscience Granada_
  • 国際学会
• [学会発表] イタチを使った脳の発達と疾患病態の研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第３回 ABiSS学会
  • 招待講演
• [学会発表] A positive feedback loop of FGF signaling induces astrocyte expansion and folding of the cerebral cortex in gyrencephalic animals (2023)
  • 著者名/発表者名: Yohei Shinmyo, Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: 第50回 内藤コンファレンス
  • 国際学会
• [学会発表] Localized astrogenesis controls gyrification of the cerebral cortex (2023)
  • 著者名/発表者名: Yohei Shinmyo, Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] なぜ大脳の皺があるのか? (2023)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第９回「生命システムの動作原理と基盤技術」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanisms underlying the development and evolution of folds of the cerebral cortex of the brain (2023)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第21回武田科学振興財団生命科学シンポジウム「ヒト発生と進化の理解に向けて」
• [学会発表] フェレットを用いた大脳の肥大化と複雑化のメカニズムの解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] FGFシグナルのポジティブフィードバックループがアストロサ イトの増加と大脳の脳回形成を誘導する (2022)
  • 著者名/発表者名: 新明洋平、齋藤健吾、浜辺-堀池俊秀、亀谷匠郁、服部剛志、観音隆幸、細道一善、Michal Slezak、Matthew G. Holt、田嶋敦、堀修、河崎洋志
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
• [学会発表] 高等哺乳動物を用いた脳神経系の形成、進化および疾患病態の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第22回日本分子脳神経外科学会
  • 招待講演
• [学会発表] 高等哺乳動物を用いた新規膠芽腫モデル (2022)
  • 著者名/発表者名: 水口敬司、齋藤健吾、堀池俊秀、亀谷匠郁、新明洋平、池田博子、中田光俊、河崎洋志
  • 学会等名: 第22回日本分子脳神経外科学会
• [学会発表] フェレットを用いた脳神経系の発生と進化の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第2回反分野的生物医療学会
  • 招待講演
• [学会発表] A positive feedback loop of FGF signaling induces astrocyte expansion and folding of the cerebral cortex in gyrencephalic animals (2022)
  • 著者名/発表者名: Yohei Shinmyo, Kengo Saito, Toshihide Hamabe-Horiike, Narufumi Kameya, Tsuyoshi Hattori, Takayuki Kannon, Kazuyoshi Hosomichi, Michal Slezak, Matthew G. Holt, Atsushi Tajima, Osamu Hori, Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: International symposium "Development and Plasticity of the Brain"
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of the inner and outer fiber layers in the developing cerebral cortex of gyrencephalic ferrets (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito K., Yoshino M., Hamabe-Horiike T., Dinh Duong T.A., Shinmyo Y., Kawasaki H.
  • 学会等名: 23rd Biennial Meeting of the International Society for Developmental Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Sonic hedgehog signaling regulates folding of the cerebral cortex in gyrencephalic carnivore ferrets (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto N., Saito K., Kawasaki K., Horiike T., Shinmyo Y., Kawasaki H.
  • 学会等名: 23rd Biennial Meeting of the International Society for Developmental Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] フェレットとマウスを用いた大脳皮質の形成と進化のメカニズム解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第44回 日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] Identification of an axonal growth marker in both rodent and primate (2021)
  • 著者名/発表者名: Masayasu Okada, Yosuke Kawagoe, Naoko Kaneko, Hiroyuki Yamazaki, Hiroshi Kawasaki, Yukihiko Fujii, Michihiro Igarashi
  • 学会等名: 第44回 日本神経科学大会
• [学会発表] マウス大脳皮質におけるアクアポリン4の発現は BMPシグナルによって制御されている (2021)
  • 著者名/発表者名: 森田 一矢、松本 直之、斎藤 健吾、浜辺(堀池) 俊秀、水口 敬司、新明 洋平、河崎 洋志
  • 学会等名: 第44回 日本神経科学大会
• [学会発表] Phosphorylation of GAP-43 T172 is a molecular marker representing the growing axons in a wide range of mammals including primates (2021)
  • 著者名/発表者名: Masayasu Okada, Asami Kawasaki, Naoko Kaneko, Hiroyuki Yamazaki, Yohei Shinmyo, Hiroshi Kawasaki, Yonehiro Kanemura, Kazunobu Sawamoto, Yukihiko Fujii, Michihiro Igarashi
  • 学会等名: 第64回日本神経化学会大会
• [学会発表] Investigation of molecular mechanisms underlying the expansion and gyrification of the cerebral cortex using ferrets (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: International Society for Stem Cell Research/Tokyo 2021 Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of molecular mechanisms underlying the expansion and gyrification of the cerebral cortex using ferrets (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: 50th Annual meeting for the Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [備考] 河崎研究室ホームページ
  • URL: http://square.umin.ac.jp/top/kawasaki-lab/
• [備考] 金沢大学医学系脳神経医学分野
  • URL: http://square.umin.ac.jp/top/kawasaki-lab/
• [備考] 河崎研究室
  • URL: http://square.umin.ac.jp/top/kawasaki-lab/