マウス島皮質において新たに見い出したフォークセル様ニューロンの神経回路学的研 究

• 研究課題/領域番号: 23K05989
• 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46020:神経形態学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 谷口 学 大阪大学, 大学院医学系研究科, 技術専門員 (30397707)
• 研究分担者: 佐藤 真 大阪大学, 大学院連合小児発達学研究科, 教授 (10222019)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2024年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: von Economo細胞 / Fork細胞 / 島皮質 / 前帯状回 / フォークセル

研究開始時の研究の概要

研究代表者らは、ヒトを含む一部の進化した霊長類のみに存在すると報告されているvon Economo細胞に特徴的に発現するとされる分子の一部の発現細胞、および形態学的にフォークセル様ニューロンの特徴を有する細胞の存在をマウス島皮質において見い出した(Taniguchi, M et al., Plos One, 2022)。本研究ではこれらの細胞の回路網を神経細胞の全体像を可視化してのsingle neuron resolutionのレベルで解明する。そして、神経活動の履歴が追跡できるマウスを用いその回路機能の解明を進めることで、これらの細胞の神経回路を明らかにする。

研究実績の概要

島皮質において、ヒトを含む一部の進化した霊長類の島皮質第５層には形態学的に特徴的な細胞（von Economo細胞、Fork細胞）が存在するとされ、自閉症や認知症などの疾患と関連が深く、機能的にも重要であるとの報告がなされている。一方、申請者は大脳皮質の形成の類似性から、マウスとより高次の動物の島皮質との間でも第５層神経細胞は共通性が高いと推測し、上記の特徴的な細胞の検索を重ねてきた。その結果、von Economo細胞に特徴的に発現するとされる分子の一部の発現細胞、および形態学的にFork細胞の特徴を有する細胞の存在をマウス島皮質において見い出した（Taniguchi, M et al., Plos One 2022）。そこで本研究ではこれらの細胞の回路網を神経細胞の全体像を可視化することで明らかにする。
初年度においては、申請者はNadphd染色法による新たな手法を導入して、島皮質・前帯状回におけるvon Economo細胞及びFork細胞の特徴を有する細胞について検討を行った。その結果、形態学的にvon Economo細胞及びFork細胞の特徴を有するNadphd陽性の細胞の存在を見い出した。前帯状回は、情動の形成に重要な役割を果たす大脳皮質であり、また島皮質から前帯状回に伸びる回路はPTSDとの関連性が高いとの報告もある。そこで、ストレスマウスを用いてこれらの細胞に変化が生じていないか免疫組織化学的手法を用いて検討を行った。その結果、ストレスマウスにおいてこれらの細胞の数が減少することを明らかにした。本研究課題を推進するにあたり、マウスに存在するvon Economo細胞及びFork細胞の特徴を有する細胞についての新たなアプローチの手法を確立できたことが大きい。今後、これらの細胞の回路網の全体像を明らかにしていく上で基本的な要件を達成したと考えている。

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

初年度においては、申請者はNOニューロンの染色法の１つであるNadphd染色法による新たな手法を導入して、島皮質・前帯状回におけるvon Economo細胞及びFork細胞の特徴を有する細胞について検討を行った。その結果、形態学的にvon Economo細胞及びFork細胞の特徴を有するNadphd陽性の細胞の存在を新たに見い出した。前帯状回は、情動の形成に重要な役割を果たす大脳皮質であり、また島皮質から前帯状回に伸びる回路はPTSDとの関連性が高いとの報告もある。そこで、ストレスマウスを用いてこれらの細胞に変化が生じていないか免疫組織化学的手法を用いて検討を行った。その結果Nadphd陽性細胞をストレス群とコントロール群で比較したところ、Nadphd陽性細胞の数に明確な減少が見られた。本研究課題を推進するにあたり、マウスに存在するvon Economo細胞及びFork細胞の特徴を有する細胞についての新たなアプローチの手法を確立することができた。今後、電子顕微鏡や免疫組織化学的手法を駆使して形態学的に検討を進め、病態や意志の変化などの行動と神経回路との関係について検討を進める。

今後の研究の推進方策

初年度においては、島皮質・前帯状回におけるvon Economo細胞及びFork細胞の特徴を有する細胞について検討を行った。その結果、Fezf2陽性のFork様細胞に加えて、形態学的にvon Economo細胞及びFork細胞の特徴を有するNadphd陽性の細胞（NOニューロン）の存在を新たに見い出した。さらに、ストレスマウスを用いた実験によりこれらNadphd陽性のvon Economo細胞及びFork細胞の特徴を有する細胞の数に明確な減少が見られた。
今後、島皮質・前帯状回に存在するvon Economo細胞及びFork細胞の特徴を有する細胞の細胞プロフィール（抑制ニューロンや興奮性ニューロンなど）について電子顕微鏡や免疫組織化学的手法を駆使して形態学的に検討を進める。また、ストレス負荷マウスでこれらのニューロンが損失していることより島皮質・前帯状回におけるこれらのニューロンと認知および神経精神医学的障害と相関があるかどうかを検討し島皮質・前帯状回におけるvon Economo様細胞及びFork様細胞の役割を明らかにする。