| 研究課題/領域番号 |
20H00522
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| 研究機関 | 藤田医科大学 |
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研究代表者 |
宮川 剛 藤田医科大学, 総合医科学研究所, 教授 (10301780)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 成熟度可塑性 / 海馬歯状回 / クロマチン構造 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、神経細胞の成熟度可塑性の分子機序を解明することを目的として、オプトジェネティクスにより海馬歯状回に神経過活動を惹起し神経細胞の成熟度を変化させたマウスから海馬歯状回組織を採取し、RNA-seq解析およびATAC-seq解析を行なった。これらの結果から、海馬歯状回では神経過活動によって遺伝子発現パターンやクロマチンのアクセス性が大規模かつ長期的に変化することがわかった。さらに、我々が取得したデータとデータベース上の公開データを用いてインフォマティクス解析を行い、神経過活動による成熟度可塑性に関わる分子パスウェイを推定した。その結果、分裂細胞の有糸分裂期に高発現する遺伝子の一部（cyclin A2, B1, B2など）が、成熟した神経細胞にはほとんど発現しないにも関わらず、神経過活動によって発現が増加しており、神経過活動による成熟度可塑性において重要な役割を担っていることがわかった。この結果から、過活動後の神経細胞は有糸分裂期の細胞と同様の核構造変化が起きていることが推察された。そこで、光刺激によって神経過活動を惹起したマウスの海馬歯状回神経細胞の核構造を核膜やヘテロクロマチン構造・エピジェネティクス修飾に注目して光学的に解析した。すると、大部分の神経細胞で、核膜の崩壊、ヒストンリン酸化の亢進、ヘテロクロマチンが凝集した構造体であるクロモセンターの増大といった有糸分裂期に観察されるものと類似した核構造の変化が確認された。以上のように、本年度は、神経過活動による脳細胞の成熟度変化の背景にある分子メカニズムの推定結果に基づいて、神経細胞の成熟度変化には有糸分裂期への再進入様の核構造変化が伴うことを示す結果が得られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度は、神経過活動に伴う神経細胞の核構造の変化を光学的に捉えるため、超解像顕微鏡を用いて組織切片の免疫染色像からクロマチンのヒストン修飾変化を観察した。その結果、特にヒストンH3のリン酸化とLys9のトリメチル化の増減や、それらの核内における空間的なパターンに関する情報が得られた。しかし、ヒストンH3リン酸化解析では、良好な染色像を得ることができず、抗体や免疫染色の諸条件の再検討が必要になり、計画に遅れが生じる結果となった。また、有糸分裂期の誘導に必須と考えられている分子（cyclin B1, B2）を標的としてin vivo遺伝子編集を行い、これが神経過活動による核構造変化の誘導に必要であることを確認した。in vivo遺伝子編集実験に関しては、比較的順調に進行したが、分子パスウェイ等をさらに詳しく調べる必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、昨年度に引き続き、神経過活動による神経細胞のエピジェネティックな変化やそれに伴う神経細胞の機能的変化について解析を進める予定である。具体的には、超解像顕微鏡を用いたエピジェネティックなヒストン修飾解析について、ヒストンH3リン酸化やLys9トリメチル化以外の修飾についても網羅的に観察する。また、これらの結果を、公開データから取得可能なChIP-seqのデータ等と組み合わせ、光学的な観察と配列解析の情報の双方から神経過活動による神経細胞のエピジェネティックな変化を明らかにする。さらに、神経過活動に伴う細胞の機能的な変化についても検討を行う。in vivo神経活動モニタリングシステムと光刺激システムを組み合わせることで、神経過活動による神経細胞の活動パターンの長期的な変化を経時的に観察する。これによって海馬歯状回における神経過活動が神経細胞にどのような機能異常をもたらし、それがどのような行動異常に繋がるのかを明らかにする。
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