| 研究領域 | シンギュラリティ生物学 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05430
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
岡 浩太郎 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10276412)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
2020年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2019年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
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| キーワード | システム生物学 / バイオイメージング / 神経生物学 / 生命情報学 / シンギュラリティ神経細胞 / 細胞内Ca応答 / タンパク質リン酸化 / 神経回路形成 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では神経回路中で、その全体の応答を制御するような神経細胞（この細胞をシンギュラリティ神経細胞と名付ける）がどのように形成されてくるのかを明らかにする。具体的にはラット培養神経細胞について、ランダムにまず神経回路をつくり、この神経回路に適当な摂動を加えることにより「神経回路の書き換え（リプログラミング）」を促す。このような回路の書き換えを起こさせた過程とその後に、種々の蛍光イメージング法を併用することにより、神経細胞間のシナプス接続と神経細胞のリン酸化レベルなどを調べる。これにより、「シンギュラリティ神経細胞はどのような神経活動を経て形成されたのか？」を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
ラット海馬分散培養系の培養初期段階では、活動電位が発生するタイミングは徐々に同期的になる。また、この時期には他の多くの細胞と機能的結合を持ち、ネットワーク全体の挙動を制御するような細胞（シンギュラリティ神経細胞）の存在が考えられる。そこで、そのトポロジーが大きく変化する神経ネットワーク形成過程で、どのようにシンギュラリティ神経細胞が生じ、その性質を維持するのか、また各ニューロンが持つ機能的結合数とタンパク質リン酸化度合いに相関はあるのかを明らかにすることを目的として研究を進めた。
Caイメージングの結果から神経発火を検出し、さらにTransfer Entropyを用いて機能的結合を算出した。解析の結果から、神経ネットワークはスケールフリーネットワークであることが明らかになった。また経日的な観察から、神経ネットワークの同期的な活動は一過的であることがわかった。高結合性ニューロンの比率は変化しないが、約半数の細胞がその結合性を変化させていた。次に、培養期間中に高結合性を維持し続けた細胞をさらにMaintain High Connectivity Neuron (MHC)と定義した。培養初期から後期にかけて存在し続けた結合について調べたところ、そのほとんどがMHC同士の結合であった。また、同期的な活動を示すネットワークに含まれる高結合性ニューロンでは、ERKのリン酸化度合いは他と比べて低かった。
以上の結果から高結合性を有するシンギュラリティ神経細胞の割合は培養日数によって変化しないが、個々の細胞の結合性は変化していることを時間を遡る逆解析から示すことができた。シンギュラリティ神経細胞同士の結合は培養後期でも維持された。また、高結合性ニューロンは他のニューロンと比べてネットワーク成熟に関わるタンパク質のリン酸化度合いは低く、これにより不要な結合が除去されていることが示唆された。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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