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

2020 年度 実績報告書

• 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。
(1) プルキンエ細胞の活動によるヒストン修飾の役割
令和元年度までに、Mef2dのプルキンエ細胞特異的ノックダウン(KD)によって登上線維シナプス刈り込みが障害されることを明らかにした。これを受けて、令和2年度は、プルキンエ細胞特異的ノックアウトマウス（Mef2d-cKO）を確立し、小脳スライスのプルキンエ細胞から記録をして、登上線維シナプス応答を解析した。その結果、生後3週目以降、Mef2d-cKOでは野生型マウスに比べて2本以上の登上線維からシナプス入力を受けるプルキンエ細胞が有意に多いことを確認した。また、生後30日において、vesicular glutamate transporter 2 (VGluT2)の免疫組織学によって登上線維シナプス終末を可視化して解析したところ、Mef2d-cKOではプルキンエ細胞樹状突起への登上線維の伸展が軽度に障害されていた。
HATに関しては、令和元年までに、複数のHATを同時にプルキンエ細胞でKDして候補を絞り込んだ。令和2年度は、個々のHATを単独でKDして、登上線維シナプス刈り込みに関与するHATの同定を目指した。その結果、2種類のHATが関与することを発見した。
(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を確立し、電気生理学的解析を行ったが、いずれも登上線維シナプス刈り込みは正常であった。一方、Dnmt3aとDnmt3bのダブルノックアウトマウスを樹立して電気生理学的解析を行ったところ、登上線維シナプス刈り込みが有意に障害されていた。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] TUM School of Medicine(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: TUM School of Medicine
• [雑誌論文] Calcium imaging of adult-born neurons in freely moving mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Carrier-Ruiz Alvaro、Sugaya Yuki、Kumar Deependra、Vergara Pablo、Koyanagi Iyo、Srinivasan Sakthivel、Naoi Toshie、Kano Masanobu、Sakaguchi Masanori
  • 雑誌名: STAR Protocols 巻: 2 ページ: 100238～100238
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2020.100238
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tonic GABAergic inhibition is essential for nerve injury-induced afferent remodeling in the somatosensory thalamus and ectopic sensations (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagumo Yasuyuki、Ueta Yoshifumi、Nakayama Hisako、Osaki Hironobu、Takeuchi Yuichi、Uesaka Naofumi、Kano Masanobu、Miyata Mariko
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 31 ページ: 107797～107797
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107797
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sparse activity of hippocampal adult-born neurons during REM sleep is necessary for memory consolidation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kumar Deependra、Koyanagi Iyo、Carrier-Ruiz Alvaro、... Sugaya Yuki、Kasuya Masatoshi、Yu Tzong-Shiue、Vogt Kaspar E.、Muratani Masafumi、Ohnishi Takaaki、Singh Sima、Teixeira Catia M.、Cherasse Yoan、Naoi Toshie、Wang Szu-Han、.......Kano Masanobu、Yanagisawa Masashi、Sakaguchi Masanori
  • 雑誌名: Neuron 巻: 107 ページ: 552～565.e10
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2020.05.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] A recurrent PJA1 variant in trigonocephaly and neurodevelopmental disorders (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Toshimitsu、Suzuki Toshifumi、Raveau Matthieu、Miyake Noriko、Sudo Genki、Tsurusaki Yoshinori、Watanabe Takaki、Sugaya Yuki、Tatsukawa Tetsuya、Mazaki Emi、Shimohata Atsushi、Kushima Itaru、Aleksic Branko、....Kano Masanobu、Shimoji Takeyoshi、Matsumoto Naomichi、Yamakawa Kazuhiro
  • 雑誌名: Annals of Clinical and Translational Neurology 巻: 7 ページ: 1117～1131
  • DOI: 10.1002/acn3.51093
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Traceable stimulus-dependent rapid molecular changes in dendritic spines in the brain (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuboyama Kazuya、Inoue Takafumi、Hashimotodani Yuki、Itoh Takuya、Suzuki Tohsuke、Tetsuzawa Aya、Ohtsuka Yosuke、Kinoshita Ryo、Takara Ren、Miyazawa Tohru、Gusain Pooja、Kano Masanobu、Yamada Maki K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 15266～15266
  • DOI: 10.1038/s41598-020-72248-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Setd1a insufficiency in mice attenuates excitatory synaptic function and recapitulates schizophrenia-related behavioral abnormalities (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagahama Kenichiro、Sakoori Kazuto、Watanabe Takaki、Kishi Yusuke、Kawaji Keita、Koebis Michinori、Nakao Kazuki、Gotoh Yukiko、Aiba Atsu、Uesaka Naofumi、Kano Masanobu
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 32 ページ: 108126～108126
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108126
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Autism spectrum disorder-like behavior caused by reduced excitatory synaptic transmission in pyramidal neurons of mouse prefrontal cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Sacai Hiroaki、Sakoori Kazuto、Konno Kohtarou、Nagahama Kenichiro、Suzuki Honoka、Watanabe Takaki、Watanabe Masahiko、Uesaka Naofumi、Kano Masanobu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 5140～5140
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18861-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improved hyperacuity estimation of spike timing from calcium imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Hoang Huu、Sato Masa-aki、Shinomoto Shigeru、Tsutsumi Shinichiro、Hashizume Miki、Ishikawa Tomoe、Kano Masanobu、Ikegaya Yuji、Kitamura Kazuo、Kawato Mitsuo、Toyama Keisuke
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 17844～17844
  • DOI: 10.1038/s41598-020-74672-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] AUTS2 governs cerebellar development, Purkinje cell maturation, motor function and social communication (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamashiro Kunihiko、Hori Kei、Lai Esther S.K.、Aoki Ryo、Shimaoka Kazumi、Arimura Nariko、Egusa Saki F.、Sakamoto Asami、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Watanabe Takaki、Uesaka Naofumi、Kano Masanobu、Hoshino Mikio
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 ページ: 101820～101820
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101820
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phospholipase C β3 is required for climbing fiber synapse elimination in aldolase C-positive compartments of the developing mouse cerebellum (2020)
  • 著者名/発表者名: Rai Yurie、Watanabe Takaki、Matsuyama Kyoko、Sakimura Kenji、Uesaka Naofumi、Kano Masanobu
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 462 ページ: 36～43
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2020.04.035
  • 査読あり
• [学会発表] Shaping mature neural circuits through synapse pruning (2020)
  • 著者名/発表者名: Masanobu Kano
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The transcription factor ZFP64 facilitates climbing-fiber synapse elimination along signaling pathway mediated by P/Q-type voltage-dependent Ca2+ channel in the developing cerebellum (2020)
  • 著者名/発表者名: Jianling Zhang, Takaki Watanabe, Naofumi Uesaka, Masanobu Kano
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] Protocadherin 10 delays developmental climbing fiber synapse elimination in a subset of aldolase C-positive Purkinje cells in the cerebellum (2020)
  • 著者名/発表者名: Takaki Watanabe, Kazuto Sakoori, Honoka Suzuki, Tsubasa Akamatsu, Kyoko Matsuyama, Shutaro Inoue, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Naofumi Uesaka, Masanobu Kano
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] Visualizing network level endocannabinoid signaling in the hippocampus (2020)
  • 著者名/発表者名: Henry Paul Denny, Ao Dong, Kaikai He, Yulong Li, Yuki Sugaya, Masanobu Kano
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
  • 国際学会