グリアアセンブリによるシナプスリモデリングの制御機構

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: グリアアセンブリによる脳機能発現の制御と病態
• 研究課題/領域番号: 25117006
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岡部 繁男 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (60204012)
• 研究分担者: 橋本 浩一 広島大学, 医歯薬保健学研究科(医), 教授 (00303272)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: グリア / シナプス刈込み / 神経回路発達 / イメージング

研究実績の概要

生後発達早期のマウス大脳皮質の感覚野と小脳皮質を扱い、技術的には二光子顕微鏡法と電気生理学的手法を用いたシナプスリモデリングの評価を行った。平成29年度には錐体細胞の樹状突起スパインとミクログリアの個体レベルでの相互作用についてのin vivo imagingと脳透明化手法を組み合わせた解析を実施した。また小脳においてはミクログリア欠損が刈り込みに与える影響についてさらに解析を推し進めた。
（１）大脳皮質：ミクログリア細胞体からの距離に依存してスパイン動態が大きく変化し、大脳皮質を複雑なコンパートメントに分画すること、このコンパートメントの構造はミクログリアの規則的な配置によって決まり、他のグリア細胞は関与しないこと、このコンパートメントによって樹状突起はセグメントに区分され、特にスパイン動態の高い領域が繰り返し形成されることが明らかになった。大脳皮質でのスパインシナプスの強度とその密度を解析することで、樹状突起のセグメント毎に受け取るシナプス入力の強度は一定の値に維持されることが電子顕微鏡等による解析により示されており、シナプス入力を一定に保つシグナルとミクログリアによるシナプス入力を不均一化するメカニズムが拮抗して大脳皮質内で作用している事が明らかになった。
（２）小脳皮質： 登上線維の刈り込みへのミクログリアの関与を解析するため両者の共染色を行い、ミクログリアに内包された登上線維断片が観察されるかどうか解析した。その結果ミクログリア内に登上線維断片は観察されなかったため、ミクログリアは貪食以外の機序により登上線維を除去している可能性が示唆された。また、脳内ミクログリア密度が低下するCsf1r-cKOマウスで抑制性シナプスの機能が大幅に低下していることを明らかにした。この結果は、ミクログリアが抑制性シナプスの機能成熟を介してシナプスの刈り込みに影響を与える可能性を示唆する。

現在までの達成度 (段落)

29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

29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] In vivo observation of structural changes in neocortical catecholaminergic projections in response to drugs of abuse (2018)
  • 著者名/発表者名: Morimoto, M. Tanaka, S., Mizutani, S., Urata, S., Kobayashi, K., Okae, S.
  • 雑誌名: eNeuro 巻: 6 ページ: 5(1)
  • DOI: 10.1523/ENEURO.0071-17.2018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synapse Elimination Triggered by BMP4 Exocytosis and Presynaptic BMP Receptor Activation (2018)
  • 著者名/発表者名: Higashi Takahito、Tanaka Shinji、Iida Tadatsune、Okabe Shigeo
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 22 ページ: 919～929
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.12.101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle-mediated optogenetics (2018)
  • 著者名/発表者名: Chen Shuo、Weitemier Adam Z.、Zeng Xiao、He Linmeng、Wang Xiyu、Tao Yanqiu、Huang Arthur J. Y.、Hashimotodani Yuki、Kano Masanobu、Iwasaki Hirohide、Parajuli Laxmi Kumar、Okabe Shigeo、Teh Daniel B. Loong、All Angelo H.、Tsutsui-Kimura Iku、Tanaka Kenji F.、Liu Xiaogang、McHugh Thomas J.
  • 雑誌名: Science 巻: 359 ページ: 679～684
  • DOI: 10.1126/science.aaq1144
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] AMPA glutamate receptors are required for sensory-organ formation and morphogenesis in the basal chordate (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirai Shinobu、Hotta Kohji、Kubo Yoshihiro、Nishino Atsuo、Okabe Shigeo、Okamura Yasushi、Okado Haruo
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 114 ページ: 3939～3944
  • DOI: 10.1073/pnas.1612943114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Serotonin rebalances cortical tuning and behavior linked to autism symptoms in 15q11-13 CNV mice (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakai, N., Nagano M., Saitow F, Watanabe W., Kawamura Y., Kawamoto A., Tamada K., Mizuma H., Onoe H., Watanabe Y., Monai H., Hirase H., Nakatani J., Inagaki H., Kawada T., Miyazaki T., Watanabe M., Sato Y., Okabe S., Kitamura K., Kano M., Hashimoto K., Suzuki H., Takumi、T.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 3 ページ: e1603001
  • DOI: 10.1126/sciadv.1603001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantification of sympathetic hyperinnervation and denervation after myocardial infarction by three-dimensional assessment of the cardiac sympathetic network in cleared transparent murine hearts (2017)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Teruki、Lee Jong-Kook、Miwa Keiko、Opthof Tobias、Tomoyama Satoki、Nakanishi Hiroyuki、Yoshida Akira、Yasui Haruyo、Iida Tadatsune、Miyagawa Shigeru、Okabe Shigeo、Sawa Yoshiki、Sakata Yasushi、Komuro Issei
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 12 ページ: e0182072
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0182072
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescence imaging of synapse dynamics in normal circuit maturation and in developmental disorders (2017)
  • 著者名/発表者名: OKABE Shigeo
  • 雑誌名: Proceedings of the Japan Academy, Series B 巻: 93 ページ: 483～497
  • DOI: 10.2183/pjab.93.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental stage-dependent regulation of spine formation by calcium-calmodulin-dependent protein kinase IIα and Rap1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Cornelia Koeberle Solveigh、Tanaka Shinji、Kuriu Toshihiko、Iwasaki Hirohide、Koeberle Andreas、Schulz Alexander、Helbing Dario-Lucas、Yamagata Yoko、Morrison Helen、Okabe Shigeo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 13409
  • DOI: 10.1038/s41598-017-13728-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Glutamate transporter GLAST controls synaptic wrapping by Bergmann glia and ensures proper wiring of Purkinje cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Taisuke、Yamasaki Miwako、Hashimoto Kouichi、Kohda Kazuhisa、Yuzaki Michisuke、Shimamoto Keiko、Tanaka Kohichi、Kano Masanobu、Watanabe Masahiko
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 114 ページ: 7438～7443
  • DOI: 10.1073/pnas.1617330114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Three-dimensional reconstruction of dendritic spines by scanning electron microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirohide Iwasaki, Shinji Tanaka, Shigeo Okabe
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・学術集会
• [学会発表] Regulation of molecular mobility inside dendritic spines (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Obashi, Atsushi Matsuda, Yasuhiro Inoue, Shigeo Okabe
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・学術集会
• [学会発表] 海馬神経細胞スパインにおけるcortactinの機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 増田康隆、岡部繁男
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・学術集会
• [学会発表] 海馬神経細胞樹状突起におけるVASPの機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩崎奏子、小橋一喜、岡部繁男
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・学術集会
• [学会発表] 興奮性・抑制性ニューロンにおける転写因子Smad1の機能・動態解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小松大樹、東誉人、岡部繁男
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・学術集会
• [学会発表] 海馬分散培養における有芯小胞の放出の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 福田裕太、柏木有太郎、岡部繁男
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・学術集会
• [学会発表] 海馬錐体細胞へ投射する軸索切断後のシナプス後部変化のライブイメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 張琢成、柏木有太郎、岡部繁男
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会・学術集会
• [学会発表] Anatomical pathway for perioral sensory signals to the inferior olive in the mouse. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kubo, R., Hashimoto, K.
  • 学会等名: 第95回 日本生理学会大会
• [学会発表] イメージングによる脳神経回路の発達とその障害の理解 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡部繁男
  • 学会等名: 第29回臨床MR脳機能研究会
  • 招待講演
• [学会発表] シナプスイメージングによる神経ネットワーク研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡部繁男
  • 学会等名: 第３７回日本脳神経外科コングレス総会
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular mobility and structure inside dendritic spines of cultured hippocampal neurons. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Obashi, Yasuhiro Inoue, Shigeo Okabe
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Kinetic and functional analysis of Smad1 transcription factor in hippocampal neurons (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Komatsu, Takahito Higashi, Shigeo Okabe
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Functional analysis of VASP in dendritic spine development using time-lapse live cell imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Kanako Iwasaki, Kazuki Obashi, Shigeo Okabe
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Anatomical diversity of dendritic spines and their organizational principles in a subset of central synapses (2017)
  • 著者名/発表者名: Laxmi Kumar Parajuli, Ai Takahashi, Hirohide Iwasaki, Yugo Fukazawa, Shigeo Okabe
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Ultrastructural properties of synapses and glia in a mouse model of autism studied by focused ion beam-scanning microscopy (FIB-SEM) (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuka Sato, Toru Takumi, Shigeo Okabe
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Cortical spatial domains defined by microglia influence spine turnover in vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: Tadatsune Iida, Shinji Tanaka, Shigeo Okabe
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Quantitative analysis of spine morphology and dynamics by SIM microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeo Okabe
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Rapid clearing and labeling of mouse cochlea by modified ScaleS enable exhaustive analysis of hair cell pathology (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinji Urata, Tadatsune Iida, Yu Mizushima, Chisato Fujimoto, Yu Matsumoto, Tatsuya Yamasoba, Shigeo Okabe
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] Imaging technologies for the understanding of neural circuit construction and dysfunction (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeo Okabe
  • 学会等名: “KBRI 5th anniversary symposium: Genes, circuit and brain function” The 20th Annual Meeting of the Korean Society for Brain and Neural Science.
  • 招待講演
• [学会発表] 精神疾患モデルマウスでのシナプスイメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡部繁男
  • 学会等名: 第３６回日本認知症学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] マウスヒゲ領域から下オリーブ核に至る感覚経路の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 久保怜香、橋本浩一
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「シナプス・神経回路機能の時空間制御」
• [学会発表] Microglia Dependent Development of Neuronal Circuits in the Cerebellum. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, H., Abe, M., Morimoto, M., Sakimura, K., Hashimoto, K.
  • 学会等名: 第40回 日本神経科学学会大会
• [学会発表] Activation of mTORC1 signaling in cerebellar Purkinje cells causes cell death and hypertrophy of Purkinje cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakai, Y., Kassai, H., Nakayama, H., Nakao, K., Maeda, T., Hashimoto, K., Kano, M., Aiba, A.
  • 学会等名: 第40回 日本神経科学学会大会
• [備考] 東京大学大学院医学系研究科神経細胞生物学分野ウェブサイト
  • URL: http://synapse.m.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 広島大学医歯薬保健学研究院神経生理学教室ウェブサイト
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/physiol2/