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大脳皮質ニューロンの後天的な軸索投射シフトの制御機構

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 17H05569
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) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2017年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワード神経発芽 / 大脳赤核投射 / アストロサイト / ミクログリア / 大脳運動領 / 赤核 / 損傷回復 / 遺伝子発現 / 大脳皮質 / 脳損傷 / RNAseq / 可塑性 / 神経再生
研究実績の概要

脳損傷後に新たな神経回路が形成され機能回復に寄与することが知られている。大脳皮質運動野から中脳赤核への投射系はその可塑的特性がよく記述され、分子メカニズムを明らかにする上で有用な系である。1980年代、塚原らは一側性の運動野除去に伴い、対側大脳運動野より中脳赤核へ新たな軸索投射が出現することを見出した(Tsukahara, 1981)。この発見に基づいて、除去後の脱神経支配により、赤核細胞から誘引性因子の発現が生じ、健常側を走行する大脳皮質ニューロンの軸索から側枝発芽(collateral sprouting)が誘発されるとの仮説が提唱された。しかしながら、その仮説の妥当性ならびに分子機構についてはほとんどわかっていない。
まず、発達期ラットにおいて一側性の大脳半球除去後、残された対側運動野から中脳への投射パターンを様々な時間経過で調べたところ、手術後2-7日の時期に損傷側中脳への異所的投射が出現することが明らかになった(昨年まで)。加えて、RNA-seqを用いた解析により、その期間に損傷側中脳で発現を増大する遺伝子が多数存在することが分かってきた。本年度、このRNA-seqによる解析を進展させた結果、発現上昇した遺伝子のほとんどはアストロサイトやミクログリア由来であることが明らかになった。次に、一側性大脳除去後にこれらグリア細胞の分布や形態を抗体染色によって調べると、中脳におけるミクログリアの活性化ならびに活性化アストロサイト(GFAP陽性)の数の増大が見出された。特に、活性化アストロサイトは損傷後に中脳で健常側から損傷側へ帯状に分布する状況が見出された。これらの結果から、脳損傷に伴う大脳から対側中脳への新たな投射形成に、グリア細胞が重要な役割を果たすことが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Visualization of Thalamocortical Axon Branching and Synapse Formation in Organotypic Cocultures2018

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

      J Vis Exp

      巻: 133 号: 133

    • DOI

      10.3791/56553

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nucleocytoplasmic Shuttling of Histone Deacetylase 9 Controls Activity-Dependent Thalamocortical Axon Branching2017

    • 著者名/発表者名
      Ricardo Alchini, Haruka Sato, Naoyuki Matsumoto, Tomomi Shimogori, Noriyuki Sugo, Nobuhiko Yamamoto
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 6024-6024

    • DOI

      10.1038/s41598-017-06243-7

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Immunocytochemistry and fluorescence imaging efficiently identify individual neurons with CRISPR/Cas9-mediated gene disruption in primary cortical cultures2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Tsunematsu, Akiko Uyeda, Nobuhiko Yamamoto, Noriyuki Sugo
    • 雑誌名

      BMC Neuroscience

      巻: 18 号: 1 ページ: 55-55

    • DOI

      10.1186/s12868-017-0377-9

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Genome Stability by DNA polymerase β in Neural Progenitors Contributes Neuronal Differentiation in Cortical Development2017

    • 著者名/発表者名
      Kohei Onishi, Akiko Uyeda, Mistuhiro Shida, Teruyoshi Hirayama, Takeshi Yagi, Nobuhiko Yamamoto, Noriyuki Sugo
    • 雑誌名

      Journal of Neuroscience

      巻: 37 号: 35 ページ: 8444-8485

    • DOI

      10.1523/jneurosci.0665-17.2017

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Molecular mechanisms of activity-dependent axon branching in neocortical circuits2018

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto N
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Synaptic Transmission and Plasticity
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Kit ligand-cKit signaling negatively regulates activity-dependent thalamocortical axon branching2018

    • 著者名/発表者名
      Hayano Y, Araki T, Sasaki K, Miyasaka K, Nakasone T, Hata Y, Yamamoto N
    • 学会等名
      ISDN 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Genome stability by DNA polymerase β is required for neuronal differentiation in the postnatal cortex2018

    • 著者名/発表者名
      Uyeda A, Onishi K, Hirayama K, Yagi T, Yamamoto N, Sugo N
    • 学会等名
      ISDN 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Glial cell dynamics associated with ectopic corticofugal projections after hemispherectomy2018

    • 著者名/発表者名
      Chang LC, Yamamoto N
    • 学会等名
      The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] BDNF promoter activity is modulated by patterned firing activity in upper layer neurons of the developing cortex2018

    • 著者名/発表者名
      Miyasaka Y, Kamei A, Yamamoto N
    • 学会等名
      The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Patterned neuronal firing regulates promoter activity of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in individual cortical neurons2018

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto N
    • 学会等名
      SPONT2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Activity-Dependent Mechanisms for Thalamocortical Circuit Formation2017

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto N
    • 学会等名
      The 48th NIPS International Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 神経活動依存的な視床皮質軸索の分岐制御機構2017

    • 著者名/発表者名
      山本亘彦
    • 学会等名
      第39回神経組織培養研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The role of neuronal activity and co-factors in CREB dynamics in cortical neurons: A single-molecule imaging study2017

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa H, Sugo N, Yamamoto N
    • 学会等名
      Cortical development Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A negative regulator for activity-dependent thalamocortical axon branching2017

    • 著者名/発表者名
      Hayano Y, Araki T, Sasaki K, Miyasaka Y, Nakasone T, Hata Y, Yamamoto, N
    • 学会等名
      Cortical Development Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Real-time luciferase assay reveals the effects of patterned neuronal activity on BDNF expression in the developing cortex2017

    • 著者名/発表者名
      Miyasaka Y, Miyagawa H, Yamamoto N
    • 学会等名
      The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Temporal sequence of contralateral corticofugal projections and gene expression in the midbrain after hemispherectomy2017

    • 著者名/発表者名
      Chang L, Yamamoto N
    • 学会等名
      The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] The role of DNA polymerase β in postnatal cortical neuron development2017

    • 著者名/発表者名
      Uyeda A, Sugo N, Onishi K, Lyu J, Hirayama T, Yagi T, Yamamoto N
    • 学会等名
      The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] A study of the role of DNA polymerase β in human brain development using induced pluripotent stem cells2017

    • 著者名/発表者名
      Tsunematsu H, Sugo N, Kurosawa A, Adachi N, Yamamoto N
    • 学会等名
      The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2017 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(山本研)

    • URL

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

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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