大脳皮質神経回路の生後発達に関わるメカニズムの解明

• 研究領域: 神経細胞の多様性と大脳新皮質の構築
• 研究課題/領域番号: 25123716
• 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: 広島大学
• 研究代表者: 橋本 浩一 広島大学, 医歯薬保健学研究院, 教授 (00303272)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円); 2014年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: retrosplenial cortex / シナプス / 生後発達 / 脳神経 / シグナル伝達 / 神経科学

研究実績の概要

大脳皮質神経回路の生後発達過程を解析する為、脳梁－皮質神経細胞間の興奮性シナプス伝達の生後発達変化に着目した。生後2-17日齢のC57BL6マウス脳梁膨大後部皮質（retrosplenial cortex）から冠状断切片を作成し、神経細胞からWhole-cell recordingを行った。脳梁膨大後部皮質の様々な層の神経細胞からパッチクランプ記録を行い、電気生理学的な性質の解析を進めた。その結果、皮質Ⅱ層と、Ⅴ-Ⅵ層に錐体細胞様の電気生理学的特性を示す神経細胞が存在することが分かった。また皮質Ⅲ-Ⅳ層には、バースト状の発火特性を示す神経細胞が存在することが分かった。
さらに、脳梁に設置した刺激電極から電気刺激を行い、各層に存在する神経細胞に誘発される興奮性シナプス伝達を解析した。皮質Ⅲ-Ⅳ層の神経細胞には、脳梁刺激で興奮性シナプス応答は誘発されなかった。皮質Ⅴ－Ⅵ層の錐体細胞において刺激強度に応じたステップ状のシナプス応答を比較的安定に誘発できることが分かったため、生後日齢を変えて入力線維数の生後発達変化を解析した。その結果、一つのⅤ-Ⅵ層錐体細胞に入力する脳梁線維の本数は発達の過程で徐々に増加することが分かった。その後、入力線維の数が若干減少する時期が見られた。この結果は、retrosplenial cortexⅤ-Ⅵ層錐体細胞では、一旦過剰に作られたシナプスが刈り込まれる可能性を示唆する。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Self-organization of polarized cerebellar tissue in 3D culture of human pluripotent stem cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: Muguruma K, et al.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 10 号: 4 ページ: 537-550
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.12.051
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Global Scaling Down of Excitatory Postsynaptic Responses in Cerebellar Purkinje Cells Impairs Developmental Synapse Elimination. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kawata S, Miyazaki T, Yamazaki M, Mikuni T, Yamasaki M, Hashimoto K, Watanabe M, Sakimura K, Kano M.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 8(4) 号: 4 ページ: 1119-29
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.07.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Deficits in cerebellar plasticity and motor learning in a copy number variation mouse model of autism spectrum disorder. (2014)
  • 著者名/発表者名: Pichon, C., Kloth, A. D., Grasselli, G., Titley, H. K., Nakayama, H., Hashimoto, K., Wan, V., Simmons, D. H., Eissa, T., Nakatani, J., Cherskov, A., Miyazaki, T., Watanabe, M., Takumi T., Kano, M., Wang S. S-H. and Hansel, C.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 5 号: 1 ページ: 5586-5586
  • DOI: 10.1038/ncomms6586
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The synaptic targeting of mGluR1 by its carboxyl-terminal domain Is crucial for cerebellar function (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Ohtani, Mariko Miyata, Kouichi Hashimoto, Toshihide Tabata, Yasushi Kishimoto, Masahiro Fukaya, Daisuke Kase, Hidetoshi Kassai, Kazuki Nakao, Tatsumi Hirata, Masahiko Watanabe, Masanobu Kano, Atsu Aiba
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 34 号: 7 ページ: 2702-2712
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3542-13.2014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spike timing-dependent selective strengthening of single climbing fibre inputs to Purkinje cells during cerebellar development. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshinobu Kawamura, Hisako Nakayama, Kouichi Hashimoto, Kenji Sakimura, Kazuo Kitamura and Masanobu Kano.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 4 号: 1 ページ: 2732-2732
  • DOI: 10.1038/ncomms3732
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synapse elimination in the developing cerebellum. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto K, Kano M.
  • 雑誌名: Cell Mol Life Sci 巻: 24 号: 24 ページ: 4667-4680
  • DOI: 10.1007/s00018-013-1405-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calcium-dependent regulation of climbing fiber synapse elimination during postnatal cerebellar development. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kano M, Nakayama H, Hashimoto K, Kitamura K, Sakimura K, Watanabe M
  • 雑誌名: J. Physiol. 巻: 591 号: 13 ページ: 3151-3158
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2012.248252
  • 査読あり
• [学会発表] Type1 metabotropic glutamate receptor regulates experience-dependent maintenance of mature synaptic connectivity in the visual thalamus. (2015)
  • 著者名/発表者名: Narushima, M., Uchigashima, M., Harada, T., Hashimoto K., Aiba, A., Watanabe, M., Miyata, M., Kano, M.
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] CDC42EP4/septin-based perisyanptic glial scaffold that facilitates glutamate clearance. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ageta-Ishida, N., Yamazaki, M., Konno, K., Nakayama, H., Abe, M., Hashimoto, K., Nishioka, T., Kaibuchi, K., Miyakawa, T., Hashimoto, K., Watanabe, M., Sakimura, K., Kinoshita, M.
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] Analysis of spontaneous slow currents in the inferior olivary neurons (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Y., Nakayama, H., Hashimoto, K. .
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] The change of morphology and distributions of microglia in the postnatal developing mouse cerebellum. (2015)
  • 著者名/発表者名: Morimoto C., Nakayama, H., Hashimoto, K.
  • 学会等名: 第92回日本生理学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] Deficits in cerebellar plasticity and motor learning in a copy number variation mouse model of autism spectrum disorder. (2014)
  • 著者名/発表者名: Piochon, C., Simmons, D.H., Kloth, A.D., Grasselli, G., Titley, H.K., Nakayama, H., Hashimoto, K., Wan, V., Eissa, T., Nakatani, J., Cherskov, A., Miyazaki, T., Watanabe, M., Takumi, T., Kano, M., Wang, S.S.H., Hansel, C.
  • 学会等名: Neuro 2014
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] CDC42EP4-septin complex in parasynaptic domains of Bergmann glia facilitates cerebellar motor learning via GLAST-mediated glutamate clearance from the parallel fiber-Purkinje cell synapses. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ageta-Ishida, N., Yamazaki, M., Konno, K., Nakayama, H., Abe, M., Miyakawa, T., Hashimoto, K., Watanabe, M., Sakimura, K., Kinoshita, M.
  • 学会等名: Neuro 2014
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] Molecular mechanism of sensory experience-dependent maintenance of neuronal circuits. (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyata, M., Narushima, M., Uchigashima, M., Hashimoto , K., Harada, T., Aiba, A., Watanabe, M., Kano, M.
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] CDC42EP4/septin-dependent localization of GLAST to parasynaptic domains of Bergmann glia facilitates glutamate clearance from the parallel fiber-Purkinje cell synapses and motor learning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ageta-Ishida, N., Yamazaki, M., Konno, K., Nakayama, H., Abe, M., Hashimoto, K., Nishioka, T., Kaibuchi, K., Miyakawa, T., Hashimoto, K., Watanabe, M., Sakimura, K., Kinoshita, M.
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Stargazin（TARPγ-2）の欠損による小脳プルキンエ細胞でのカルシウムシグナルの減弱により登上線維刈り込みの後期過程が選択的に障害される
  • 著者名/発表者名: 川田慎也、橋本浩一、三國貴康、山崎真弥、宮崎太輔、山崎美和子、渡辺雅彦、崎村建司、狩野方伸
  • 学会等名: 第36回日本神経科学学会大会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Selective strengthening of single climbing fiber inputs to Purkinje cells during postnatal cerebellar development In vivo.
  • 著者名/発表者名: Kawamura, Y., Nakayama, H., Hashimoto, K., Sakimura, K., Kitamura, K. & Kano, M
  • 学会等名: Annual meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego
• [学会発表] Global scaling-down of excitatory postsynaptic responses in cerebellar Purkinje cells specifically impairs the late phase of climbing fiber synapse elimination during postnatal development.
  • 著者名/発表者名: Kawata, S., Miyazaki, T., Yamazaki, M., Mikuni, T., Yamasaki, M., Hashimoto, K., Watanabe, M., Sakimura, K. & Kano, M
  • 学会等名: Annual meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego
• [学会発表] An autism-associated neuroligin-3 mutation impairs developmental synapse elimination in the cerebellum.
  • 著者名/発表者名: Lai, E., Nakayama, H., Nakazawa, T., Tabuchi, K., Hashimoto, K. & Kano, M
  • 学会等名: Annual meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego
• [備考]
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/physiol2/
• [備考] 広島大学 神経生理学
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/physiol2/