場との連携による脳細胞の動態制御機構

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 脳構築における発生時計と場の連携
• 研究課題/領域番号: 16H06482
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 仲嶋 一範 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (90280734)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: 神経科学 / 発生・分化 / 脳・神経 / 大脳皮質 / ニューロン

研究実績の概要

我々のこれまでの研究で、視床皮質投射線維が大脳皮質第4 層ニューロンの分化を誘導する可能性が想定されたため、このイベントに関与する分子機構の解明に向けた検討を進めた。候補分子としては、視床皮質投射線維にリガンド、4 層ニューロンにその受容体の特異的発現があるような分子群が想定されたため、遺伝子発現様式の公共データベースから候補を探索し、上記の想定に合致する分子の組み合わせを見出した。まずはタンパク質が確かに想定される分布を示すかを、抗体を用いた免疫組織化学染色によって調べた。次に、それぞれの全長cDNA発現ベクター及びノックダウンベクターを作成し、まずはノックダウンの効率を細胞株を用いて確認した。その後、将来4層に配置されるべきニューロンが産生される時期の脳室面に、子宮内胎仔脳電気穿孔法によって受容体のノックダウンベクターを導入し、層構造が概ね完成する生後7日に脳を固定して、受容体ノックダウンが4層ニューロンの分化に与える影響を調べた。その結果、受容体をノックダウンしたニューロン群において、4層特異的マーカーを発現する割合が減少していることを見出した。この影響が確かに受容体の特異的なノックダウンによるものであり、ノックダウンのオフターゲット効果による非特異的な影響ではないことを確認するため、ノックダウン抵抗性の受容体発現ベクターを作成し、ノックダウンベクターとともに将来の4層ニューロンに導入して、4層特異的マーカーの発現が回復するか（レスキューされるか）を調べているところである。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

視床皮質投射線維にリガンド、大脳皮質4層ニューロンに受容体の特異的発現がある分子の組み合わせを見出し、4層ニューロンにおける受容体のノックダウンによって、期待通り4層特異的マーカーの発現が低下することを見出したため。

今後の研究の推進方策

大脳皮質4層ニューロンにおける受容体のノックダウンの影響がオフターゲット効果による非特異的なものではないことを確認する。また、受容体がノックダウンされた4層ニューロンの細胞形態を詳細に調べ、本来の4層ニューロンに特徴的な星状細胞の形態を示すか、または2/3層ニューロンに特徴的な錐体細胞の形態を示すかを明らかにする。
また、視床からの投射線維が4層特異的分化を誘導する重要なシグナルを供給している可能性を直接的に検証するため、マウスまたはラット胎仔の大脳皮質スライスを作成して視床と共培養し、4層特異的マーカー等の発現に影響があるかを調べる予定である。
さらに、この細胞移動終了後の場における細胞外シグナルによってニューロンの層特異性が変化する現象が、2/3層ニューロンと4層ニューロンの間の分化に限られるのか、それともより一般的に他の層のニューロンでも認められるのかを明らかにすることを試みる。具体的には、5層ニューロンと6層ニューロンの間で層特異性を人為的に変化させることができるかを調べるため、細胞移動に必要な細胞骨格タンパク質を移動ニューロンで阻害する等の方法で本来と異なる場所にニューロンを配置させ、層特異的分化に影響があるかを検討する。

研究成果

• [国際共同研究] スタンフォード大学/ベイラー医科大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: スタンフォード大学/ベイラー医科大学
• [国際共同研究] フランシス・クリック研究所(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: フランシス・クリック研究所
• [雑誌論文] A crossroad of neuronal diversity to build circuitry (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yoshinaga and Kazunori Nakajima
  • 雑誌名: Science 巻: 356 ページ: 376～377
  • DOI: 10.1126/science.aan2856
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impaired dendritic growth and positioning of cortical pyramidal neurons by activation of aryl hydrocarbon receptor signaling in the developing mouse (2017)
  • 著者名/発表者名: Eiki Kimura, Ken-ichiro Kubo, Toshihiro Endo, Wenting Ling, Kazunori Nakajima, Masaki Kakeyama, and Chiharu Tohyama
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 12 ページ: e0183497
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0183497
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhanced expression of Pafah1b1 causes over-migration of cerebral cortical neurons into the marginal zone (2017)
  • 著者名/発表者名: Kei-ichi Katayama, Kanehiro Hayashi, Seika Inoue, Kazushige Sakaguchi, and Kazunori Nakajima
  • 雑誌名: Brain Struct. Funct. 巻: 222 ページ: 4283～4291
  • DOI: 10.1007/s00429-017-1497-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] CHARGE syndrome modeling using patient-iPSCs reveals defective migration of neural crest cells harboring CHD7 mutations (2017)
  • 著者名/発表者名: Hironobu Okuno，Francois Renault Mihara, Shigeki Ohta, Kimiko Fukuda, Kenji Kurosawa, Wado Akamatsu, Tsukasa Sanosaka, Jun Kohyama, Kanehiro Hayashi, Kazunori Nakajima, Takao Takahashi, Joanna Wysocka, Kenjiro Kosaki, and Hideyuki Okano
  • 雑誌名: eLife 巻: 6 ページ: e21114
  • DOI: 10.7554/eLife.21114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Subtype Specification of Cerebral Cortical Neurons in Their Immature Stages (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Oishi and Kazunori Nakajima
  • 雑誌名: Neurochem. Res. 巻: 43 ページ: 238～244
  • DOI: 10.1007/s11064-017-2441-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大脳皮質の層構造の形成におけるニューロンの移動およびその意義 (2017)
  • 著者名/発表者名: 仲嶋一範
  • 雑誌名: 領域融合レビュー 巻: 6 ページ: e004
  • DOI: 10.7875/leading.author.6.e004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 特別講演：大脳皮質層構造の形成機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 仲嶋一範
  • 学会等名: 第39回Neuroscience Seminar Tokushima
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳皮質神経細胞による層形成機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 仲嶋一範
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・全国学術集会、シンポジウム：“脳・神経形成のメカニズム：細胞から回路・組織構築まで”
  • 招待講演
• [学会発表] Dab1 haploinsufficiency causes invasion of superficial cortical neurons into layer I and splitting of CA1 pyramidal cell layer (2018)
  • 著者名/発表者名: Takao Honda and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] FlashTag technology reveals areal differences in neuronal migration in the cerebral cortex of developing mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yoshinaga, Minkyun Shin, Ayako Kitazawa, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] Improvement of cognitive deficits observed in a mouse model of extremely preterm infants with brain injuries (2018)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichiro Kubo, Kimiko Deguchi, Debabrata Hazra, Satoshi Yoshinaga, Ayako Kitazawa, Minkyung Shin, Keitaro Yoshida, Kenji F. Tanaka, Ken Inoue, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] Kelchリピート蛋白質Enc1の大脳新皮質発生における発現と機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 廣田ゆき、鶴重千加子、味岡逸樹、仲嶋一範
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] Neuronal layer formation during cerebral cortical development (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Nakajima
  • 学会等名: KBRI Special Seminar, Korea Brain Research Institute
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Temporal control of cortico-thalamic neuron specification by regulation of Neurogenin activity and Polycomb repressive complexes (皮質視床投射ニューロンの時期特異的な産生は転写因子NeurogeninとPolycomb抑制複合体によって制御される) (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Oishi, Kazunori Nakajima, and Francois Guillemot
  • 学会等名: 第50回日本発生生物学会大会（Asia-Pacific Developmental Biology Network共催）
• [学会発表] ApoER2 controls not only neuronal migration but also termination of migration in the developing cerebral cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hirota, Ken-ichiro Kubo, Takahiro Fujino, Tokuo T. Yamamoto, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: Cortical Development Conference 2017, Mediterranean Agronomic Institute of Chania (MAICh)
  • 国際学会
• [学会発表] Areal differences in neuronal migration in the cerebral cortex of developing mice (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yoshinaga, Minkyun Shin, Ayako Kitazawa, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: Cortical Development Conference 2017, Mediterranean Agronomic Institute of Chania (MAICh)
  • 国際学会
• [学会発表] 大脳皮質構造の形成機構とその変化によって生じる病態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 久保健一郎、仲嶋一範
  • 学会等名: 平成29年度研究会「神経科学の新しい解析法とその応用」「グリア細胞機能から迫る脳機能解明」
• [学会発表] 未成熟な大脳皮質ニューロンにおけるサブタイプ決定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大石康二、仲嶋一範
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会、シンポジウム: “時間による発生制御のメカニズム”
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanisms underlying the cognitive impairment in extremely preterm infants (2017)
  • 著者名/発表者名: Kimiko Deguchi, Ken-ichiro Kubo, Kazunori Nakajima, and Ken Inoue
  • 学会等名: 第59回日本小児神経学会学術集会
• [学会発表] Molecular mechanisms of Reelin-induced neuronal aggregation in the developing mouse neocortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Seika Inoue, Kanehiro Hayashi, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 18th International Congress of Developmental Biology (ISDB)
  • 国際学会
• [学会発表] Abnormal neuronal migration with ischemic brain injuries in extremely preterm infants underlies subsequent cognitive impairment (2017)
  • 著者名/発表者名: Kimiko Deguchi, Ken-ichiro Kubo, Kazunori Nakajima, and Ken Inoue
  • 学会等名: 12th_European Paediatric Neurology Society (EPNS) Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Establishment of a mouse model of extremely preterm infants with brain injuries and analysis of neuronal migration (脳障害を伴う超早産児マウスモデルの確立と神経細胞移動の解析) (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichiro Kubo, Kimiko Deguchi, Taku Nagai, Keitaro Yoshida, Wei Shan, Ayako Kitazawa, Michihiko Aramaki, Kazuhiro Ishii, Shin Minkyung, Kenji F. Tanaka, Sachio Takashima, Masahiro Nakayama, Masayuki Itoh, Yukio Hirata, Barbara Antalffy, Dawna D. Armstrong, Kiyofumi Yamada, Ken Inoue, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Enc1 controls migration and differentiation of excitatory neurons in the developing neocortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hirota, Chikako Kudo-Tsurushige, Itsuki Ajioka, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Dab1 haploinsufficiency causes superficial shift of later-born cortical neuron positioning and splitting of the CA1 pyramidal cell layer (Dab1のハプロ不全は大脳新皮質遅生まれニューロンの脳表層側配置と海馬CA1錐体細胞層の分離を引き起こす) (2017)
  • 著者名/発表者名: Takao Honda and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Visualization of neuronal migration and morphology in the entire cerebral cortex of developing mice (マウス大脳皮質全般にわたる神経細胞移動とその形態の可視化) (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yoshinaga, Minkyun Shin, Ayako Kitazawa, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Structural analyses of radial glial fibers in the developing reeler neocortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Minkyung Shin, Ayako Kitazawa, Yuki Matsunaga, Kanehiro Hayashi, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Temporal control of Foxp2 expression by Neurogenin and Polycomb repressive complexes regulates specification of cortico-thalamic neurons (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Oishi, Kazunori Nakajima, and Francois Guillemot
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Neuronal layer specification during development of the cerebral cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Nakajima
  • 学会等名: Korean Society for Brain and Neural Science (KSBNS), 20th Annual Meeting, Symposium: “Cortical development”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Region-dependent differences in the migratory capacity of hippocampal CA1 and neocortical neurons during brain development (2017)
  • 著者名/発表者名: Ayako Kitazawa, Minkyung Shin, Kanehiro Hayashi, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima（北澤彩子、シン ミンギョン、林周宏、久保健一郎、仲嶋一範）
  • 学会等名: 第60回日本神経化学会大会
• [学会発表] Investigation of cytological architectures in the brains of newly established mouse models with cognitive impairments (認知機能障害を伴うマウスモデルの作成とその脳における細胞構築の解析) (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichiro Kubo, Kimiko Deguchi, Kazuhiro Ishii, Ken Inoue, and Kazunori Nakajima（北澤彩子、シン ミンギョン、林周宏、久保健一郎、仲嶋一範）
  • 学会等名: 第60回日本神経化学会大会
• [学会発表] Dab1 haploinsufficiency causes reduction of layer I thickness and splitting of CA1 pyramidal cell layer (2017)
  • 著者名/発表者名: Takao Honda and Kazunori Nakajima (本田岳夫、仲嶋一範)
  • 学会等名: 第60回日本神経化学会大会
• [学会発表] Molecular mechanisms of neuronal aggregation caused by Reelin in the developing mouse neocortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Seika Inoue, Kanehiro Hayashi, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima (井上聖香、林周宏、久保健一郎、仲嶋一範)
  • 学会等名: 第60回日本神経化学会大会
• [学会発表] Enc1 controls neuronal migration and differentiation of excitatory neurons in the developing neocortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hirota, Chikako Kudo-Tsurushige, Itsuki Ajioka, and Kazunori Nakajima (廣田ゆき、鶴重千加子、味岡逸樹、仲嶋一範)
  • 学会等名: 第60回日本神経化学会大会
• [学会発表] The Role of Nck as a downstream effector of the Reelin signaling (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanehiro Hayashi, Seika Inoue, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima (林周宏、井上聖香、久保健一郎、仲嶋一範)
  • 学会等名: 第60回日本神経化学会大会
• [学会発表] マウスにおける神経発達障害モデルの作成とその解析_(Establishment and investigation of mouse models of neurodevelopmental disorders) (2017)
  • 著者名/発表者名: 久保健一郎、出口貴美子、石井一裕、井上健、仲嶋一範
  • 学会等名: 第39回日本生物学的精神医学会・第47回日本神経精神薬理学会合同年会、シンポジウム：“発達早期の要因による神経発達障害の形成メカニズムとその治療法開発～動物実験からRCTまで～”
  • 招待講演
• [学会発表] 超早産児の神経病理の特徴 (2017)
  • 著者名/発表者名: 出口貴美子、久保健一郎、仲嶋一範、井上健
  • 学会等名: 超早産児発達神経症研究班キックオフ会
• [学会発表] 超早産児の脳障害マウスモデルの作成と解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 久保健一郎、出口貴美子、北澤彩子、井上健、仲嶋一範
  • 学会等名: 超早産児発達神経症研究班キックオフ会
• [学会発表] 種々の胎生時期と大脳皮質領域における神経細胞移動の可視化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉永怜史、シンミンギョン、北澤彩子、久保健一郎、仲嶋一範
  • 学会等名: 第52回TOKYOニューロサイエンス研究会
• [学会発表] 超早産児に生じる脳障害のマウスモデル作成の試み (2017)
  • 著者名/発表者名: 久保健一郎、出口貴美子、永井拓、シャン ウェイ、北澤彩子、荒巻道彦、石井一裕、シン ミンギョン、高嶋幸男、中山雅弘、伊藤雅之、アンタルフィ バーバラ、アームストロング ダーナ、山田清文、井上健、仲嶋一範
  • 学会等名: 第52回TOKYOニューロサイエンス研究会
• [学会発表] Analysis of cortical development in a newly established mouse model of extremely preterm infants with brain injuries (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichiro Kubo, Kimiko Deguchi, Taku Nagai, Ayako Kitazawa, Keitaro Yoshida, Wei Shan, Michihiko Aramaki, Kazuhiro Ishii, Minkyung Shin, Yuki Matsunaga, Kanehiro Hayashi, Kenji F. Tanaka, Sachio Takashima, Masahiro Nakayama, Masayuki Itoh, Yukio Hirata, 他4名省略 and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: Society for Neuroscience, Neuroscience 2017 meeting
  • 国際学会
• [学会発表] マウス大脳新皮質形成におけるreelin-Nck2シグナルの役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 林周宏、井上聖香、久保健一郎、仲嶋一範
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学会大会）
• [学会発表] dab1のハプロ不全は表層神経細胞の大脳皮質第一層への侵入とCA1錐体細胞層の分離を引き起こす（Haploinsufficiency of dab1 causes invasion of superficial-layer neurons into the cortical layer I and splitting of the CA1 pyramidal cell layer） (2017)
  • 著者名/発表者名: 本田岳夫、仲嶋一範
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学会大会）
• [学会発表] Areal differences in neuronal migration in the developing cerebral cortex (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yoshinaga, Minkyun Shin, Ayako Kitazawa, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 次世代脳プロジェクト 2017年度冬のシンポジウム
• [学会発表] Region-dependent differences in the migratory capacity of hippocampal CA1 and neocortical neurons during brain development (2017)
  • 著者名/発表者名: Ayako Kitazawa, Minkyung Shin, Kanehiro Hayashi, Ken-ichiro Kubo, and Kazunori Nakajima
  • 学会等名: 次世代脳プロジェクト 2018年度冬のシンポジウム
• [図書] Encyclopedia of Signaling Molecules, 2nd Edition (Sangdun Choi, ed.), 「Reelin」 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kanehiro Hayashi, Seika Inoue, and Kazunori Nakajima
  • 総ページ数: 未定
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-3-319-67200-7
• [図書] 特別展 人体 神秘への挑戦 「ヒトの脳は、何が特別なのか？」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉永怜史、仲嶋一範
  • 総ページ数: 183 (172-176)
  • 出版者: NHK・NHKプロモーション・朝日新聞社