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大脳皮質における神経活動依存的な遺伝子発現による回路シフト制御

公募研究

研究領域行動適応を担う脳神経回路の機能シフト機構
研究課題/領域番号 15H01436
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関大阪大学

研究代表者

山本 亘彦  大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (00191429)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2016年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2015年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード神経活動依存性 / 軸索分岐 / kit ligand / CREB / 1分子イメージング / 神経活動 / 大脳 / 遺伝子発現 / 発達 / 軸索 / 視床
研究実績の概要

神経活動依存的な神経回路形成のメカニズムを解明するために、大脳皮質における遺伝子発現に着目して、視床皮質投射の形成に関わる分子機構ならびにcAMP-response element binding protein (CREB) の核内動態の解明を目指した。
視床皮質投射に関しては、Kit Ligand (KL) が大脳皮質細胞で神経活動依存的に発現し、視床軸索分岐に作用することがin vitroの実験系で示唆されたので、その結果を受けて、in vivoにおいても同様の機構が働いているかを調べた。そのために、KLの受容体c-kit欠損マウスと野生型マウスにおいて、軸索トレーサーBDAを用いて外側膝状体から視覚野への投射を調べた。c-kitミュータントにおいても、野生型と同様に皮質4層において広範囲の枝分かれが見出されたが、終末においてより細かい分岐が増大することがわかった。このことから、KLは発達期大脳皮質で視床軸索分岐に対して抑制的に働くことが示唆された。
CREB動態については、1分子イメージング法により、皮質細胞の核内で特定の遺伝子座に一定時間結合することが判っていたが、光感受性タンパク質チャネルロドプシン2(ChR2)を光遺伝学的手法を用いて神経活動依存的な特質を調べた。その結果、CREBの滞在時間に顕著な変化は見られなかったが、秒オーダーで留まるCREBの輝点が高頻度に出現する核内の局所領域(ホットスポット)の数およびその点でのCREBの出現回数とが、刺激後に有意に増加することが判った。以上の結果から、神経活動によってCREB-CRE自体の結合特性は変化しないが、CREBは特定遺伝子座のCRE配列に対してより頻繁に結合することが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Activity-dependent dynamics of the transcription factor CREB in cortical neurons revealed by single-molecule imaging2017

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa H, Sugo N, Morimatsu M, Arai Y, Yanagida T, Yamamoto N
    • 雑誌名

      J Neurosci

      巻: 37 号: 1 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1523/jneurosci.0943-16.2017

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Visualization of HDAC9 spatiotemporal subcellular localization in primary neuron cultures2016

    • 著者名/発表者名
      Sugo N, Yamamoto N
    • 雑誌名

      Methods Mol Biol

      巻: 1436 ページ: 119-127

    • DOI

      10.1007/978-1-4939-3667-0_9

    • ISBN
      9781493936656, 9781493936670
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synapse-dependent and independent mechanisms of thalamocortical axon branching are regulated by neuronal activity2016

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, N., Hoshiko, M., Sugo, N., Fukazawa, Y. & Yamamoto, N.
    • 雑誌名

      Developmental Neurobiology

      巻: 76 号: 3 ページ: 323-336

    • DOI

      10.1002/dneu.22317

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-molecule imaging reveals dynamics of CREB transcription factor bound to its target sequence2015

    • 著者名/発表者名
      Sugo, N., Morimatsu, M., Arai, Y., Kousoku, Y., Ohkuni, A., Nomura, T., Yanagida, T. & Yamamoto, N.
    • 雑誌名

      Scientific Report

      巻: 5 号: 1 ページ: 10662-10662

    • DOI

      10.1038/srep10662

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] KIT LIGAND ACTS AS A NEGATIVE REGULATOR FOR ACTIVITY-DEPENDENT THALAMOCORTICAL AXON BRANCHING2016

    • 著者名/発表者名
      Yasufumi Hayano, Takeshi Araki, Kensuke Sasaki, Yumi Miyasaka, Takuma Nakasone, Yoshio Hata, Nobuhiko Yamamoto
    • 学会等名
      Axon Guidance, synapse formation & regeneration
    • 発表場所
      Cold Spring Harbor, NY, USA
    • 年月日
      2016-09-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ARHGEF18 REGULATES AXON BRANCHING OF CORTICAL UPPER LAYER NEURONS2016

    • 著者名/発表者名
      Kensuke Sasaki, Kei Arimoto, Kento Kankawa, Chikayo Terada, Nobuhiko Yamamoto
    • 学会等名
      Axon Guidance, synapse formation & regeneration
    • 発表場所
      Cold Spring Harbor, NY, USA
    • 年月日
      2016-09-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Positive and negative regulation of activity-dependent thalamocortical axon branching2016

    • 著者名/発表者名
      Nobuhiko Yamamoto
    • 学会等名
      The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2016-07-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DNA polymerase β function in neural progenitors is required for postmitotic neuronal survival and differentiation in the developing cortex2016

    • 著者名/発表者名
      Kohei Ohnishi, Noriyuki Sugo, Shunsuke Toyoda, Teruyoshi Hirayama, Takeshi Yagi, Nobuhiko Yamamoto
    • 学会等名
      The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2016-07-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Involvement of DNA polymerase β in postnatal development of cortical neurons2016

    • 著者名/発表者名
      Akiko Uyeda, Noriyuki Sugo, Kohei Ohnishi, Shunsuke Toyoda, Teruyoshi Hirayama, Takeshi Yagi, Nobuhiko Yamamoto
    • 学会等名
      The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2016-07-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Role of Kit ligand as a negative regulator in activity-dependent thalamocortical axon branching2016

    • 著者名/発表者名
      Yumi Miyasaka, Yasufumi Hayano, Takeshi Araki, Nobuhiko Yamamoto
    • 学会等名
      The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2016-07-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Polβ deficiency increases DNA double-strand breaks in postnatal cortical neurons2015

    • 著者名/発表者名
      Uyeda, A., Onishi, K., Sugo, N., Toyoda S., Hiyayama, T., Yagi, T. & Yamamoto, N.
    • 学会等名
      第38回日本分子生物学会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] DNA polymerase β activity in neural progenitors is required for postmitotic neuronal survival in the developing cortex2015

    • 著者名/発表者名
      Onishi, k., Sugo, N., Toyoda, S., Hirayama, T., Yagi, T. & Yamamoto, N.
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2015-10-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Activity-dependent dynamics of CREB in cortical neurons: A single-molecule imaging study2015

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa, H., Sugo., N. & Yamamoto, N.
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2015-10-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Involvement of mitochondria in thalamocortical axon branching2015

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, N., Hoshiko, M. & Yamamoto, N.
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2015-07-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Rho guanine nucleotide exchange factor Abr promotes axon branching in cortical layer 2/3 neurons DNA2015

    • 著者名/発表者名
      Sasaki, K., Arimoto, K., Kankawa, K., Terada, C. & Yamamoto, N.
    • 学会等名
      第38回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2015-07-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 大阪大学大学院生命機能研究科 細胞分子神経生物学研究室 (山本亘彦研究室)

    • URL

      http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/neurobiol/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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