| 研究領域 | 神経回路センサスに基づく適応機能の構築と遷移バイオメカニズム |
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| 研究課題/領域番号 |
22H05498
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅲ)
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
八木 健 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 教授 (10241241)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)
2023年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2022年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | クラスター型プロトカドヘリン / シナプス形成 / 細胞系譜 / 神経回路 / 細胞の個性 / シングルセル解析 / シナプス / 遺伝子組み換えマウス / パッチクランプ / 神経細胞 / 局所回路 / セルアセンブリ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
脳神経系では、神経細胞は個性的な活動を行いながら多様な神経細胞の集団的活動（セルアセンブリ）により、記憶や情報がコードされている。我々が発見したクラスター型プロトカドヘリン（cPcdh）遺伝子群は、単一神経細胞レベルで異なったランダムな組み合わせ発現をしており、シナプス形成に関わることが示唆されている。本研究では、細胞系譜依存的・回路依存的な神経細胞の個性センサスを単一神経細胞におけるcPcdh遺伝子の発現と機能を中心に解析することにより、セルアセンブリの構築と遷移に関わる分子メカニズムを明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
神経細胞は個性的な活動を行いながら多様な神経細胞の集団的活動（セルアセンブリ）により、記憶や情報がコードされていることが明らかになってきている。しかし、セルアセンブリの構築と適応的な遷移の分子メカニズムは未だ明らかにされていない。そこで本研究では、細胞系譜依存的・回路依存的な神経細胞の個性センサスを単一神経細胞におけるcPcdh遺伝子の発現と機能を中心に解析することにより、セルアセンブリの構築と遷移に関わる分子メカニズムを明らかにする。本年度は、以下の項目で研究成果を上げることができた。
１）キメラマウスの大脳皮質において、同一神経細胞系譜となる神経細胞をホールセルパッチクランプ法により細胞質を吸引してRamDA-seq法を用いてRNAシーケンスを行い、シングルセルレベルでのcPcdh遺伝子発現パターンとクローン性との関係について解析を行った。
２）cPcdh遺伝子発現を可視化したノックインマウスの作製に成功し、アイソフォーム特異的なランダム発現を確認した。その結果、β3-Tomatoノックインマウスにおいてβ3-Tomatoのランダム発現が比較的安定していることを明らかにすることができた。さらに、β19-Tomato及びβ3-GFPノックインマウスの作製に成功し、対立遺伝子における独立したランダム発現が明らかとなった。
３）58種類のcPcdhアイソフォームの内、マウス生存にはこれまでに知られているcPcdhgC3, gC4, gC5だけでなく、他の53種類のcPcdhアイソフォームもマウス生存に必須であることを明らかにし論文として発表した。
４）FRETによりcPcdhアイソフォーム接着活性を可視化するFRET-cPcdhプローブの開発に成功し、このFRET-cPcdhプローブがマウス生体内で機能的であることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
１）iPS細胞キメラマウスを用いて同一細胞系譜におけるcPcdh遺伝子発現の関係を、単一細胞遺伝子発現解析RamDA-seq法を用いて解析できた。その結果、細胞系譜依存的に発現パターンの一致を明らかにした。
２）cPcdh遺伝子発現を可視化したノックインマウス系統の作製に成功している。β3-Tomatoノックインマウスにおいてβ3-Tomatoのランダム発現が比較的安定していることを明らかにすることができた。さらに、β19-Tomato及びβ3-GFPノックインマウスの作製に成功し、対立遺伝子において独立したランダム発現が明らかとなった。
３）短期記憶の異常が認められているPcdhαの多様性減少マウスの新規環境下における神経活動をc-fos発現パターンにより解析した。
４）cPcdhホモフィリック結合をFRETを用いて可視化するFRET-cPcdhプローブの開発に成功した。さらに、トランスジェニックマウス作製により、このFRET-cPcdhプローブがマウス生体内で機能的であることを明らかにできた。
５）58種類のcPcdhアイソフォームの内、cPcdhgC3, gC4, gC5だけでなく、他の53種類のcPcdhアイソフォームもマウス生存に必須であることを明らかにして論文として発表することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、これまでの研究成果を踏まえ以下の研究を推進する。
１）cPcdh遺伝子発現を可視化したノックインマウスを用いて、発現変化や特異的回路形成へのアプローチを行う。また、ノックインマウスを用いて記憶をコードしているセルアセンブリをin vivi Caイメージング法により捉え、cPcdhアイソフォーム発現細胞とセルアセンブリとの関係を解析する。
２）短期記憶の異常が認められているPcdhαの多様性減少マウスの新規環境下における神経活動を解析し、前頭前野領域での発現パターンの異常を明らかにすることができた。今後は、この神経活動の異常と短期記憶の異常との関係を明らかにする。
３）cPcdhホモフィリック結合をFRETを用いて可視化するマウスを作製し、cPcdhホモフィリック相互作用の役割を、シナプス形成、自己忌避活性において明らかにする。
４）cPcdh特異的発現するアデノ随伴ウイルスを作製し、海馬及び大脳皮質における神経細胞に特異的に発現させ、cPcdhアイソフォーム発現と回路形成、セルアセンブリ形成への役割を明らかにする。
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