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2017 年度 実施状況報告書

大脳新皮質第5層のgap junctionネットワークによる皮質内基本構造形成

研究課題

研究課題/領域番号 16K14565
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

中川 直  国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 (20611065)

研究分担者 米田 泰輔  国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センター, 研究員 (40709218)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードgap junction / 大脳新皮質 / 回路形成 / マイクロカラム
研究実績の概要

本研究課題では、平成28-29年度の計画として、①大脳新皮質第5層の2つの主要な興奮性細胞タイプであるSCPNとCPNが発現するコネキシンサブタイプの同定、②GJ機能の操作法の確立、③微小カラムの形成と微小カラム内SCPNの同期活動への関与、の3点を挙げていた。しかし、進展は遅れている。各項目に関する詳細は『現在までの進捗状況』に記述する。進展の遅れの原因は、GJ機能操作に必要なコネキシンサブタイプの同定が難航していることが第1であるが、他に、本研究課題の元となる「幼若期にSCPNとCPNが形成する細胞タイプ特異的なGJネットワーク」に関する論文の受理が2017年11月までかかったこと(Maruoka*, Nakagawa* et al., Science 358, 610, 2017)、新しい研究室への移動(2018年5月より鹿児島大学の田川研究室に参加)に際し様々に時間を要したこと、などがある。新しい所属への移動後は、これまでの所属研究室と共同研究を組み、GJ機能操作法を確立させ、様々な神経回路の形成および機能へのGJネットワークの関与を調べるつもりである。一方で、幼若期第5層のGJネットワークの珍しい特徴を報告する論文を今後2ヶ月以内の投稿を目指して準備中であり、また、第6層のGJネットワークを報告する論文を今後半年以内の投稿を目指して準備中であるなど、他方面での成果が期待できる。
[文中の略語] GJ, gap junction; SCPN, subcerebral projection neuron; CPN, callosal projection neuron

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

①;プロトコルを改善させて、生後1週および生後2週のマウスからそれぞれSCPNとCPNのmRNAサンプルを再度
取得したが、qPCR法での発現解析では、顕著な発現量の差は検出されなかった。コネキシンの発現量がqPCR法では検出できないレベルなのかもしれない。デジタルPCRや、RNAiあるいはCRISPRで個々にコネキシンの発現を抑制して電気的結合の消失を調べる方法など、他の方法を検討する必要がありそうだ。②;SCPNおよびCPNで働くサブタイプを特定できていないことから、RNAiやCRISPRを用いたGJの機能阻害実験は現時点では難しい。③;子宮内エレクトロポレーション法によるドミナント・ネガティブ体(DN体)コネキシンの強制発現を用いた、微小カラム内SCPNの同期活動へのGJの関与を調べているが、有意な影響は見られなかった。DN体コネキシンは内在性コネキシンによる電気的結合を部分的にしか阻害しないため、コネキシンサブタイプを特定しての、shRNAやCRISPRを併用したより良い操作法を確立する必要があると考える。
一方で、昨年11月にScience誌受理された論文の成果は、同5月のCortical Development Conference(ギリシャ)および同11月のSociety of Neuroscience(ワシントンDC)でポスター発表を行った。幼若期のGJネットワークを広く知ってもらい、そのポテンシャルを議論して、GJの機能操作法や、より良い研究の方向性を検討してきた。

今後の研究の推進方策

幼若期の第5層と第6層のGJネットワークに関する実験結果を、2018年度中に2本の論文にまとめて投稿するつもりである。また、2018年5月に田川研究室に移動したが、これまで所属していた研究室とは共同研究を組み、引き続きGJ機能操作法の確立を目指す。操作法が確立され次第、マイクロカラムの形成および機能へのGJネットワークの関与、SCPNとCPNの細胞タイプ特異的なシナプス回路形成への関与、を検討開始する。
また、田川研究室では、幼若期マウスの大脳皮質で見られる大規模な細胞集団の同期活動の研究を計画としている。GJは細胞集団で同期活動を起こす役割を持つが、SCPNとCPNは幼若期にほぼ独立したGJネットワークを形成することから、この時期の集団活動もSCPNとCPNで独立して起きている可能性がある。この可能性をin vivoイメージングで検討し、またGJ機能操作による影響を調べる。田川研究室では、第2/3層興奮性細胞の反対側皮質への投射に幼若期の神経活動が寄与することをこれまでに明らかにしている。第2/3層の興奮性細胞もGJネットワークを形成するかを調べ、もし形成した場合には、GJ機能の操作を行って反対側投射への影響を調べる実験を検討する。

次年度使用額が生じた理由

2018年5月に研究室を移ることになったことや、前所属である理研BSI (brain Science Institute)の終了によるゴタゴタなどが原因で、年度分の科研費を使い切れなかった。ただし、次年度利用額は2万円程度と少額である。来年度は、前所属との共同研究のため旅費が生じることが見込まれ、これに次年度利用額を充てる。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2017 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Lattice system of functionally distinct cell types in the neocortex2017

    • 著者名/発表者名
      Maruoka H*, Nakagawa N*, Tsuruno S*, Sakai S*, Yoneda T*, Hosoya T *Equal contribution
    • 雑誌名

      Science

      巻: 358 ページ: 610~615

    • DOI

      10.1126/science.aam6125

    • 査読あり
  • [学会発表] Involvement of gap junctions in the function of microcolumns in neocortex2017

    • 著者名/発表者名
      中川 直、米田 泰輔、丸岡 久人、酒井 誠一郎、細谷 俊彦
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム2017
  • [学会発表] Lattice system of functionally distinct cell types in the neocortex2017

    • 著者名/発表者名
      中川 直
    • 学会等名
      遺伝研研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Involvement of gap junctions in the function of microcolumns in neocortex2017

    • 著者名/発表者名
      中川 直、米田 泰輔、丸岡 久人、酒井 誠一郎、細谷 俊彦
    • 学会等名
      北米神経科学学会
    • 国際学会
  • [学会発表] 大脳新皮質第6層のギャップ結合ネットワークとマイクロカラム構造2017

    • 著者名/発表者名
      中川 直、米田 泰輔、細谷 俊彦
    • 学会等名
      第40回日本神経科学大会
  • [学会発表] Lattice System of Distinct Cell Types in Neocortex2017

    • 著者名/発表者名
      中川 直、丸岡 久人、酒井 誠一郎、米田 泰輔、鶴野 瞬、細谷 俊彦
    • 学会等名
      Cortical Development Conference 2017
    • 国際学会
  • [備考] 脳の基本単位回路を発見 -単純な回路が繰り返した格子構造が存在-

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2017/20171103_1/

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公開日: 2018-12-17  

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