マウス体性感覚野をモデルとした大脳皮質回路の早期スクラップ＆ビルドの解析

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: スクラップ＆ビルドによる脳機能の動的制御
• 研究課題/領域番号: 16H06459
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 岩里 琢治 国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 教授 (00311332)
• 研究分担者: 下郡 智美 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (30391981)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: 神経科学 / 神経回路 / マウス / 体性感覚野

研究実績の概要

大脳皮質の神経回路が正常に発達するためには、生後の初期に自発神経活動や感覚入力の影響下にスクラップアンドビルドされることが必要である。本研究課題ではマウス一次体性感覚野（バレル野）をモデルとしてそのメカニズムの解明を目指してきた。前年度までの研究で、バレル野第4層で検出される自発神経活動は、バレル形成前の生後1日目からバレル形成期にあたる生後5日目頃までパッチワーク型の時空間パターンを示す（フェーズ１）が、バレル形成終了後の生後9日目には複数のバレルにまたがる広範な領域での同期活動（フェーズ２）、さらに、11日齢では同じバレルに属する神経細胞であっても個別に活動し、体性感覚野全体でスパースな発火パターンを示す（フェーズ３）ことを見つけた。本年度は生後2週間の体性感覚野第4層の自発活動のフェーズ遷移を引き起こすメカニズムに関し、フェーズ１から２への遷移は自発活動の入力元が視床から視床以外（おそらく大脳皮質）に移ることによること、フェーズ２から３の遷移の間にバレル野第4層の興奮性神経細胞の樹状突起スパイン密度が急激に上昇すること、および、その上昇を抑制すると自発活動の遷移が妨げられることを明らかにした。また、バレル野第4層の興奮性神経細胞には有棘星状細胞と錐体細胞が存在するが、前年度までに視床皮質軸索が大脳皮質に侵入できない変異マウスで有棘星状型細胞の出現が抑制されること、および、その変異マウスで発現レベルが変化する遺伝子を同定していた。本年度は、変異マウスで発現レベルが上昇する遺伝子の一つを第4層細胞に強制発現することにより有棘星状型細胞が減少、錐体型細胞が増加することを示した。有棘星状型細胞は、生後発達初期に視床皮質入力依存的に大規模な樹状突起スクラップアンドビルドを受ける細胞であり、本研究によりその分化メカニズムの一端が明らかとなった。

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。

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。

研究成果

• [雑誌論文] An Early Cortical Progenitor-Specific Mechanism Regulates Thalamocortical Innervation (2021)
  • 著者名/発表者名: Pal Suranjana、Dwivedi Deepanjali、Pramanik Tuli、Godbole Geeta、Iwasato Takuji、Jabaudon Denis、Bhalla Upinder S.、Tole Shubha
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 41 ページ: 6822～6835
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0226-21.2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial organization and transitions of spontaneous neuronal activities in the developing sensory cortex (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa Shingo、Iwasato Takuji
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 63 ページ: 323～339
  • DOI: 10.1111/dgd.12739
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NMDA Receptor Enhances Correlation of Spontaneous Activity in Neonatal Barrel Cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizuno Hidenobu、Rao Madhura S.、Mizuno Hiromi、Sato Takuya、Nakazawa Shingo、Iwasato Takuji
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 41 ページ: 1207～1217
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0527-20.2020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo imaging of neural circuit formation in the neonatal mouse barrel cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Iwasato Takuji
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 62 ページ: 476～486
  • DOI: 10.1111/dgd.12693
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Developmental Phase Transitions in Spatial Organization of Spontaneous Activity in Postnatal Barrel Cortex Layer 4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa Shingo、Yoshimura Yumiko、Takagi Masahiro、Mizuno Hidenobu、Iwasato Takuji
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 40 ページ: 7637～7650
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1116-20.2020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The polymicrogyria-associated GPR56 promoter preferentially drives gene expression in developing GABAergic neurons in common marmosets (2020)
  • 著者名/発表者名: Murayama Ayako Y.、Kuwako Ken-ichiro、Okahara Junko、Bae Byoung-Il、Okuno Misako、Mashiko Hiromi、Shimogori Tomomi、Walsh Christopher A.、Sasaki Erika、Okano Hideyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 21516
  • DOI: 10.1038/s41598-020-78608-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Peroxisome proliferator-activated receptor α as a novel therapeutic target for schizophrenia (2020)
  • 著者名/発表者名: Wada Yuina、Maekawa Motoko、Ohnishi Tetsuo、Balan Shabeesh、Matsuoka Shigeru、Iwamoto Kazuya、Iwayama Yoshimi、Ohba Hisako、Watanabe Akiko、Hisano Yasuko、Nozaki Yayoi、Toyota Tomoko、Shimogori Tomomi、Itokawa Masanari、Kobayashi Tetsuyuki、Yoshikawa Takeo
  • 雑誌名: eBioMedicine 巻: 62 ページ: 103130
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2020.103130
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemico-genetic discovery of astrocytic control of inhibition in vivo (2020)
  • 著者名/発表者名: Takano Tetsuya、Wallace John T.、Baldwin Katherine T.、Purkey Alicia M.、Uezu Akiyoshi、Courtland Jamie L.、Soderblom Erik J.、Shimogori Tomomi、Maness Patricia F.、Eroglu Cagla、Soderling Scott H.
  • 雑誌名: Nature 巻: 588 ページ: 296～302
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2926-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Diffusible GRAPHIC to visualize morphology of cells after specific cell-cell contact (2020)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Nagatoki、Huang Arthur J. Y.、McHugh Thomas J.、Miyawaki Atsushi、Shimogori Tomomi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 14437
  • DOI: 10.1038/s41598-020-71474-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 神経回路精緻化メカニズムの遺伝学的解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩里琢治
  • 学会等名: 新潟大学脳研究所共同利用共同研究合同セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Cellular-resolution gene expression profiling in the neonatal marmoset brain reveals dynamic species- and region-specific differences (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimogori T
  • 学会等名: World Wide Neuro
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cellular-resolution gene expression profiling in the neonatal marmoset brain reveals dynamic species- and region-specific differences (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimogori T
  • 学会等名: CBS-UCSF neurosymposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cellular-resolution gene expression profiling in the neonatal marmoset brain reveals dynamic species- and region-specific differences (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimogori T
  • 学会等名: NeuroZoom
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cellular-resolution gene expression profiling in the neonatal marmoset brain reveals dynamic species- and region-specific differences (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimogori T
  • 学会等名: Mongolian Neuroscience Meeting Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [産業財産権] ベクターシステム、遺伝子発現方法、標的遺伝子ノックアウト方法、 標的遺伝子ノックダウン方法、標的遺伝子編集方法、及び遺伝子発現キット (2016)
  • 発明者名: 岩里琢治、水野秀 信、羅ブンジュウ、 岩田亮平
  • 権利者名: 情報システム研 究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 第6856919号