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2018 年度 実績報告書

生後発達期シナプス刈り込みのエピジェネティクスによる制御

研究課題

研究課題/領域番号 18H04012
研究機関東京大学

研究代表者

狩野 方伸  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (40185963)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードシナプス刈り込み / 生後発達 / 小脳 / エピジェネティクス / マウス
研究実績の概要

本研究では、プルキンエ細胞の活動がどのような遺伝子発現を経てシナプス刈り込みを引き起こし、永続的な神経回路の変化として固定化されるのかを明らかにするために、エピジェネティック因子に注目した。プルキンエ細胞の活動によるヒストン修飾や、DNAのメチル化に関連する候補遺伝子を、発達期のマウス小脳のプルキンエ細胞においてノックダウンし、マウスを成長させた後に小脳スライスを作製して、登上線維シナプスを電気生理学的に解析した。プルキンエ細胞にシナプス結合する登上線維の本数とシナプス応答の特性を解析し、登上線維シナプス刈り込みに障害があるかを調べた。これまでに以下の研究を行った。
(1) プルキンエ細胞の活動によるヒストン修飾の役割
クラスIIヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)は静止状態では核内に存在し、MEF2 (Myocyte enhancer factor 2)の転写を抑制しているが、細胞内カルシウム濃度上昇によってリン酸化され、MEF2から解離して細胞質に移動する。するとMEF2による転写が起こり、多くの神経可塑性関連遺伝子の発現が起こる。4種類のMEF2のうち、Mef2cおよびMef2dのプルキンエ細胞特異的ノックダウンにおいて、登上線維シナプス刈り込みが障害されるという予備的結果を得た。また、クラスII HDACに関しては、複数のHDACを同時にプルキンエ細胞においてノックダウンした後に登上線維シナプスを解析した結果、Hdac5またはHdac9が登上線維シナプス刈り込みを促進する可能性が示唆された。
(2) プルキンエ細胞の活動によるDNAのメチル化の役割
DNAメチル化酵素のうちで、Dnmt1およびDnmt3bをプルキンエ細胞特異的にmiRNAによりノックダウンした場合に、いずれも登上線維シナプス刈り込みに障害がみられるという予備的結果を得た。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

(1) プルキンエ細胞の活動によるヒストン修飾の役割
既に、Mef2のスクリーニングを終了し、Mef2cとMef2dが登上線維シナプス刈り込みに関わる可能性が高いことを突き止めた。また、クラスII HDAC (HDAC4, 5, 6, 7, 9, 10)の 一次スクリーニングを行い、シナプス刈り込みに関与する可能性のあるものを、Hdac5またはHdac9の2つに絞り込んだ。当初計画では、この段階に至るのは令和元年度末であると想定していたので、研究は当初の計画以上に進展していると判断できる。
(2) プルキンエ細胞の活動によるDNAのメチル化の役割
こちらに関しても、DNAメチル化酵素のスクリーニングの結果、Dnmt1とDnmt3bが登上線維シナプス刈り込みに関わる可能性が示されており、研究は順調に進行していると言える。

今後の研究の推進方策

順調に研究が進展しており、ほぼ計画通りに研究を継続する。
(1) プルキンエ細胞の活動によるヒストン修飾の役割
引き続きMef2cとMef2dの登上線維シナプス刈り込みへの関与について解析を進め、それぞれの分子が、登上線維シナプス刈り込みにどのように関わるのかを明らかにする。さらに、プルキンエ細胞に発現するHAT (Kat1, 2a, 2b, 3a, 3b, 5, 6a, 6b, 7, 8, 9)のスクリーニングを行う。複数のHATを同時にプルキンエ細胞においてノックダウンし、異常がみられた場合には、個々のHATをノックダウンすることによって効果が得られることを確認し、登上線維シナプス刈り込みに関わるHATを同定する。
(2) プルキンエ細胞の活動によるDNAのメチル化の役割
Dnmt1およびDnmt3bのプルキンエ細胞特異的ノックアウトマウスの作製を進め、電気生理学的解析に着手する。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 19件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Hyperactivation of mTORC1 disrupts cellular homeostasis in cerebellar Purkinje cells2019

    • 著者名/発表者名
      Sakai Yusuke、Kassai Hidetoshi、Nakayama Hisako、Fukaya Masahiro、Maeda Tatsuya、Nakao Kazuki、Hashimoto Kouichi、Sakagami Hiroyuki、Kano Masanobu、Aiba Atsu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 ページ: 2799

    • DOI

      10.1038/s41598-019-38730-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ectopic positioning of Bergmann glia and impaired cerebellar wiring in Mlc1-over-expressing mice2018

    • 著者名/発表者名
      Kikuchihara Saori、Sugio Shouta、Tanaka Kenji F.、Watanabe Takaki、Kano Masanobu、Yamazaki Yoshihiko、Watanabe Masahiko、Ikenaka Kazuhiro
    • 雑誌名

      Journal of Neurochemistry

      巻: 147 ページ: 344~360

    • DOI

      10.1111/jnc.14486

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Supramammillary nucleus afferents to the dentate gyrus co-release glutamate and GABA and potentiate granule cell output2018

    • 著者名/発表者名
      Hashimotodani Yuki、Karube Fuyuki、Yanagawa Yuchio、Fujiyama Fumino、Kano Masanobu
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 25 ページ: 2704~2715.e4

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2018.11.016

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Monoacylglycerol lipase deficiency affects diet‐induced obesity, fat absorption, and feeding behavior in CB1 cannabinoid receptor-deficient mice2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Kenji、Kita Yoshihiro、Tokuoka Suzumi M.、Hamano Fumie、Yamazaki Maya、Sakimura Kenji、Kano Masanobu、Shimizu Takao
    • 雑誌名

      The FASEB Journal

      巻: 33 ページ: 2484~2497

    • DOI

      10.1096/fj.201801203R

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of excessive neural circuit excitability and prevention of epileptic seizures by endocannabinoid signaling2018

    • 著者名/発表者名
      Sugaya Yuki, Kano Masanobu
    • 雑誌名

      Cellular and Molecular Life Sciences

      巻: 75 ページ: 2793~2811

    • DOI

      10.1007/s00018-018-2834-8.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiple phases of climbing fiber synapse elimination in the developing cerebellum2018

    • 著者名/発表者名
      Kano Masanobu, Watanabe Takaki, Uesaka Naofumi, Watanabe Masahiko
    • 雑誌名

      Cerebellum

      巻: 17 ページ: 722~734

    • DOI

      10.1007/s12311-018-0964-z

    • 査読あり
  • [学会発表] Molecular, cellular and circuit mechanisms of activity-dependent synapse elimination in the developing cerebellum2019

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Kano
    • 学会等名
      International Symposium: Current Perspectives on Functional and Dysfunctional Neural Circuits
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Discovery and investigation of cerebellar long-term depression at Masao Ito’s lab2019

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Kano
    • 学会等名
      FAOPS2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Reduced synaptic inputs in prefrontal cortex by lack of a mental disorder-related epigenetic factor2019

    • 著者名/発表者名
      Kenichiro Nagahama, Kazuto Sakoori, Takaki Watanabe, Naofumi Uesaka, Masanobu Kano
    • 学会等名
      FAOPS2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Fndc3b promotes climbing fiber synapse elimination partly by inhibiting STAT3 in the cerebellum2019

    • 著者名/発表者名
      Kushibe Kyoko, Celine Mercier, Takaki Watanabe, Taisuke Miyazaki, Miwako Yamasaki, Masahiko Watanabe, Naofumi Uesaka, Masanobu Kano
    • 学会等名
      FAOPS2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Activity-dependent synapse elimination in the developing cerebellum2019

    • 著者名/発表者名
      Naofumi Uesaka, Tzu-Huei Kao, Masanobu Kano
    • 学会等名
      FAOPS2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Accelerated climbing fiber synapse elimination in cerebellar Purkinje cells lacking protocadherin 102019

    • 著者名/発表者名
      Takaki Watanabe, Shutaro Inoue, Tsubasa Akamatsu, Honoka Suzuki, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Naofumi Uesaka, Masanobu Kano
    • 学会等名
      FAOPS2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Modulation of dentate granule cell activity during fear memory extinction in freely moving mice2019

    • 著者名/発表者名
      Alvaro Carrier Ruiz, Yuki Sugaya, Masanobu Kano
    • 学会等名
      FAOPS2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Neural circuit mechanisms of synapse elimination in the developing cerebellum2018

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Kano
    • 学会等名
      The 9th International Symposium of the Society for Research on the Cerebellum and Ataxias
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Neural circuit mechanisms underlying activity-dependent synapse elimination in the developing cerebellum2018

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Kano
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 国際学会
  • [学会発表] Retrograde BDNF signaling required for synapse elimination in the developing cerebellum2018

    • 著者名/発表者名
      Myeong Jeong Choo, Naofumi Uesaka, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura, Masanobu Kano
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 国際学会
  • [学会発表] Impaired synapse development in mouse medial prefrontal cortex by deletion of a histone-modifying enzyme implicated in psychiatricc disorder2018

    • 著者名/発表者名
      Kenichiro Nagahama, Kazuto Sakoori, Takaki Watanabe, Naofumi Uesaka, Masanobu Kano
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 国際学会
  • [学会発表] Roles of synaptic transmission in climbing fiber to Purkinje cell synapse elimination during postnatal cerebellar development2018

    • 著者名/発表者名
      Tzu-Huei Kao, Kyoko Matsuyama, Naofumi Uesaka, Masanobu Kano
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 国際学会
  • [学会発表] Dentate granule cell activity druing fear memory extinction in freely moving mice2018

    • 著者名/発表者名
      Alvaro Carrier Ruiz, Yuki Sugaya, Masanobu Kano
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 国際学会
  • [学会発表] Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle-mediated optogenetics2018

    • 著者名/発表者名
      Linmeng He, Shuo Chen, Adam Xachary Weitemier, Xiyu Wang, Yanqiu Tao, ... Masanobu Kano, ... Kenji F Tanaka, Thomas J McHugh
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 国際学会
  • [学会発表] Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle-mediated optogenetics2018

    • 著者名/発表者名
      S. Chen, A. Z. Weitemier, X. Zeng, L. He, X. Wwang, Y. Tao, A. Huang, Y. Hashimotodani, M. Kano, H. Iwasaki, L. K. Parajuli, S. Okabe, D. Loong, A. H. All, I. Tsutsui-Kimura, K. F. Tanaka, X. Liu, T. J. Mchugh
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 国際学会
  • [学会発表] Function of the adult-born neurons in memory consolidation during sleep2018

    • 著者名/発表者名
      D. Kumar, I. Koyanagi, A. C. Ruiz, P. Vergara, Y. Sugaya, S. Srinivasan, M. Kasuya, T.-S. Yu, K. Vogt, M. Muratani, T. Ohnishi, S. Singh, C. M. Teixeira, P. Nondhalee, T. Naoi, T. J. Mchugh, S. G. Kernie, M. Kano, T. Ssakurai, M. Yanagisawa, M. Sakaguchi
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 国際学会
  • [学会発表] Activity of cerebellar climbing fibers represents forelimb movements during voluntary lever-pull task in mice2018

    • 著者名/発表者名
      N. Hidaka, S. Tsutsumi, K. Ikezoe, Y. Isomura, M. Kano, K. Kitamura
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 国際学会
  • [学会発表] Organization of the functional inputs from the sensorimotor cortex to the cerebellum revealed by transcranial optogenetic mapping2018

    • 著者名/発表者名
      M. Choo, R. Hira, M. Matsuzaki, K. Ikezoe, G. J. Augustine, M. Kano, K. Kitamura
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 国際学会
  • [学会発表] Mechanisms underlying climbing fiber synapse elimination during postnatal cerebellar development2018

    • 著者名/発表者名
      Masanobu Kano
    • 学会等名
      The 75th FUJIHARA Seminar: Cerebellum as a CNS Hub - from its evolution to therapeutic strategy
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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