シリア・中心体系による神経幹細胞分裂の非対称化機構

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: シリア・中心体系による生体情報フローの制御
• 研究課題/領域番号: 24113006
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 松崎 文雄 独立行政法人理化学研究所, 多細胞システム形成研究センター, チームリーダー (10173824)
• 研究期間 (年度): 2012-06-28 – 2017-03-31
• キーワード: 神経幹細胞 / 非対称分裂 / 中心体 / 小頭症

研究実績の概要

脊椎動物の神経幹細胞（radial glia）は著しく伸長した形態と上皮極性を持つことから、極性細胞に典型的な非対称分裂（細胞の極性軸と分裂軸が一致による非対称分裂）を行うと考えられてきたが、我々の詳細な解析により、神経発生期の神経幹細胞は、分裂面を回転させるのではなく、多少の揺らぎはあるものの、脳室面に対してほぼ水平に分裂することで、上皮性を保持した神経幹細胞 (radial glia)とbasal側のプロセスを失った神経前駆細胞（あるいは神経細胞）を生むことを明らかにした (Konno et al. Nat Cell Biol 2008)。神経産生期の幹細胞では、細胞極性と分裂軸の一致による非対称分裂という古典的なモデルが成り立たないことを示しており、その仕組を理解する新たなモデルが求められている。2009年に米国のグループから新旧中心体の分配が決まったルールに従っており、古い中心体が幹細胞に分配されることが判明した。本研究ではこれらの事実を踏まえ、（１）神経幹細胞の振る舞いに影響を与え小頭症を引き起こす小頭症原因遺伝子による影響と、（２）自己複製に必須なNotchシグナルの非対称な活性化が上皮構造の維持（とりわけbasal側のプロセス）とどのような関連性を持つかを明らかにすることを目的としている。（１）に関しては、小頭症原因遺伝子の一種が紡錘体への微小管の収束に機能していること、その変異により細胞周期の遅れが生じること、そして、このことが幹細胞の増殖に負に働くことが明らかになった。（２）に関しては、内在性Notch遺伝子に、Notch活性に影響を与えることなくGFPをノックインすることに成功し、そのマウス系統を用いて、内在性Notchの振る舞いを直接ライブイメージングで観察することを開始した。

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

二つのプロジェクトとも昨年CDBに発生した事件の影響で遅れ気味である。（１）神経幹細胞の振る舞いに対する小頭症原因遺伝子による影響については、SFEBq法を応用したES細胞の人工神経上皮をassay系として確立し、小頭症原因遺伝子変異の作成と同時に中心体と上皮面、アクチン、微小管のマーカーをもつ系統を作成することができたので、解析の分解能を一気に上げることができた（２）自己複製に必須なNotchシグナルの非対称な活性化とbasal側のプロセスの引き継ぎの相関に関しては、これまで誰も達成したことがなかった内在性Notchをtime-lapse imagingで解析できるようになったため、新しいデータが出つつある。

今後の研究の推進方策

（１）神経幹細胞の振る舞いに対する小頭症原因遺伝子による影響
解析対象としている小頭症原因遺伝子の変異が神経幹細胞に与える影響を、マウスのような単純脳と、フェレットのような複雑脳とで比較することを試みる。CRSPR/CAS9システムを利用した遺伝子knockinがうまく機能しているので、胚操作ができないフェレットでも確実な遺伝子破壊と細胞系譜の追跡が可能となったため、それらの方法を応用する。
（２）自己複製に必須なNotchシグナルの非対称な活性化とbasal側のプロセスの引き継ぎの関連性。現在、basal process自身でNotchのシグナリングが行われているというのがbasal processを持った娘細胞が自己複製することを最も単純に説明する仮説であり、定量的にNotch signalingが発生する部位を同定する方法論を開発中である。中心体との関連にも内在性Notchのシグナルの定量解析から分析を加える予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Specific polar subpopulations of astral microtubules control spindle orientation and symmetric neural stem cell division. (2014)
  • 著者名/発表者名: Mora-Bermudez F, Matsuzaki F, Huttner WB.
  • 雑誌名: Elife 巻: Jul 4;3. ページ: e02875
  • DOI: 10.7554/eLife.02875.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In utero gene therapy rescues microcephaly caused by Pqbp1-hypofunction in neural stem progenitor cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ito H, Shiwaku H, Yoshida C, Homma H, Luo H, Chen X, Fujita K, Musante L, Fischer U, Frints SG, Romano C, Ikeuchi Y, Shimamura T, Imoto S, Miyano S, Muramatsu SI, Kawauchi T, Hoshino M, Sudol M, Arumughan A, Wanker EE, Rich T, Schwartz C, Matsuzaki F, Bonni A, Kalscheuer VM, Okazawa H.
  • 雑誌名: Mol Psychiatry. 巻: Apr;20(4) ページ: 459-71
  • DOI: 10.1038/mp.2014.69.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ankrd6 is a mammalian functional homolog of Drosophila planar cell polarity gene diego and regulates coordinated cellular orientation in the mouse inner ear. (2014)
  • 著者名/発表者名: Jones C, Qian D, Kim SM, Li S, Ren D, Knapp L, Sprinzak D, Avraham KB, Matsuzaki F, Chi F, Chen P.
  • 雑誌名: Dev Biol. 巻: Nov 1;395(1) ページ: 62-72
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2014.08.029.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ubiquitin-proteasome system controls ciliogenesis at the initial step of axoneme extension. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kasahara K, Kawakami Y, Kiyono T, Yonemura S, Kawamura Y, Era S, Matsuzaki F, Goshima N, Inagaki M.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: Oct 1;5 ページ: 5081
  • DOI: 10.1038/ncomms6081.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] “Temporal identity and feedback mechanism in neural progenitors during mammalian brain development” (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumio Matsuzaki
  • 学会等名: Mini-workshop on Neural Development
  • 発表場所: National Institute for Medical Research（UK）
  • 年月日: 2014-12-17 – 2014-12-17
  • 招待講演
• [学会発表] “Single-cell analysis of temporal identity progress in mammalian neural progenitors” (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumio Matsuzaki
  • 学会等名: 2nd UK-JAPAN Workshop on Neural Epigenetics:Epigenetics and transcription in the brain: towards single cell analysis
  • 発表場所: University College London（UK）
  • 年月日: 2014-12-16 – 2014-12-16
  • 招待講演
• [学会発表] A feedback mechanism from neurons to progenitors regulate cortical layer proportion (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumio Matsuzaki
  • 学会等名: the 2014 ASCB meeting
  • 発表場所: Pennsylvania Convention Center（USA）
  • 年月日: 2014-12-06 – 2014-12-06
  • 招待講演
• [学会発表] The feedback signaling from neurons to neural stem cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Atsunori Shitamukai
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: ﾊﾟｼﾌｨｺ横浜（神奈川県）
  • 年月日: 2014-11-27 – 2014-11-27
  • 招待講演
• [学会発表] A feedback mechanism from neurons to progenitors regulates cortical layer propotion (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumio Matsuzaki
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: ﾊﾟｼﾌｨｺ横浜（神奈川県）
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] A feedback mechanism from neurons to progenitors regulates cortical layer propotion (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumio Matsuzaki
  • 学会等名: Conference Jacques Monod2014 “Cell cycle: bridging scales in cell divison”
  • 発表場所: HOTEL LE GULF STREAM（FRANCE）
  • 年月日: 2014-10-14 – 2014-10-14
  • 招待講演
• [学会発表] 脳の階層構造を決めるﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸﾒｶﾆｽﾞﾑ (2014)
  • 著者名/発表者名: 松崎文雄
  • 学会等名: 第16回京都大学大学院・生命科学研究科ｼﾝﾎﾟｼﾞｳﾑ
  • 発表場所: 京都大学・芝蘭会館（京都府）
  • 年月日: 2014-07-02 – 2014-07-02
  • 招待講演
• [学会発表] A feedback mechanism from neurons to progenitors regulates cortical layer propotion (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumio Matsuzaki
  • 学会等名: Cortical Developmet Conference 2014
  • 発表場所: Mediterranean Agronomic Institute of Chania（GREECE）
  • 年月日: 2014-05-22 – 2015-05-22
  • 招待講演