単一ニューロンレベル解析による大脳皮質頭葉間回路網研究の新展開

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H03414
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 佐藤 真 大阪大学, 連合小児発達学研究科, 教授 (10222019)
• 研究分担者: 岡 雄一郎 大阪大学, 連合小児発達学研究科, 講師 (30614432) ; 安村 美里 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (20533897)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 神経科学 / 解剖学 / 脳・神経 / 大脳皮質 / 神経回路

研究実績の概要

本研究では、独自に開発したPlxnd1プロモーター（以下PP）による大脳皮質頭葉間神経回路の操作系を用いて「個々のニューロンを単位とした解析」を行い、その軸索投射様式と入力出力回路の同定も含めた神経回路網の解明、さらにその形成・発達の過程を解き明かす。令和3年度の実績を記す。
（実験１）PPにて標識されるS1→M1回路の投射先の検討。昨年度に引き続き実施。PPのもとでtTA(テトラサイクリン制御性トランス活性化因子)を発現するPlxnd1-tTAマウスにCreに応じてマーカー分子を発現するAi14マウスを掛け合わせたマウスは作製済みである。このマウスに対しtTAに応じてCreを発現させる分子系として、後シナプス側にCreを発現させうるAAV-TRE-TAT-WGA-Creをin utero electroporationにてマウス脳に導入し、S1→M1回路のM1での接続細胞を検出する実験を進めた。ドキシサイクリン（テトラサイクリンの代用）の投与により目的とする任意の発達時期にPPにて標識されるS1→M1回路の投射先が可視化できた。
（実験２）PPにて標識されるS1→M1投射神経細胞への入力元の検討。Plxnd1-CreERT2マウスに対して、Cre-depnedentなAAV-mGRASPによる条件検討を行った。明瞭な結果が得られず、引き続き条件の検討を行った。
（実験３）S1→M1のサブタイプを標識しうる新たなプロモーターの探索と応用。Plxnd1発現細胞のサブタイプを遺伝子発現から探索するべく、single cell RNAseqデータの解析を行っている。候補遺伝子を20程度リストアップした。
（実験４、５）側枝形成に係る局所環境の検討と回路網形成について。EphA7-efnA5の皮質内発現を詳細に調べた。論文発表を行い、かつ大脳皮質内回路へ応用できるか予備研究をすすめた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新型コロナウイルスへの対応のため、大学への立ち入りが一年を通して、当初の計画通りには認められず、十分に研究実施時間を確保できなかった。また、年度後半は動物施設の改築、移転があり一旦動物をすべて精子・卵子の状態賭する必要があり、この作業が大変であった。

今後の研究の推進方策

新型コロナウイルスに伴う活動制限は、特に研究室の存在する大阪では実施される可能性が高いが、できるだけ集中し、かつより綿密に計画をたてて実験を実施
する。また、研究者間の情報共有や最新の知見の獲得についてもZoomを援用するなど、実質的な活動に支障がない形となるようできるだけ工夫し、実施に努める。

研究成果

• [国際共同研究] マラヤ大学(マレーシア)
  • 国名: マレーシア
  • 外国機関名: マラヤ大学
• [国際共同研究] カールスルーエ工科大学（KIT）(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: カールスルーエ工科大学（KIT）
• [雑誌論文] Mutually repulsive EphA7-EfnA5 organize region-to-region corticopontine projection by inhibiting collateral extension (2021)
  • 著者名/発表者名: Tokuichi Iguchi, Yuichiro Oka, Misato Yasumura, Minoru Omi, Kazuki Kuroda, Hideshi Yagi, Min-Jue Xie, Manabu Taniguchi, Martin Bastmeyer, Makoto Sato
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 41(22) ページ: 4795-4808
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0367-20.2021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transient expansion of the expression region of Hsd11b1, encoding 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1, in the developing mouse neocortex (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyuki Doi, Yuichiro Oka, Manabu Taniguchi, Makoto Sato
  • 雑誌名: Journal of Neurochemistry 巻: 159(4) ページ: 778-788
  • DOI: 10.1111/jnc.15505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interstitial axon collaterals of callosal neurons form association projections from the primary somatosensory to motor cortex in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Oka, Miyuki Doi, Manabu Taniguchi, Sheena YX Tiong, Hisanori Akiyama, Takuto Yamamoto, Tokuichi Iguchi, Makoto Sato
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 31(11) ページ: 5225-5238
  • DOI: 10.1093/cercor/bhab153
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Combi-CRISPR: combination of NHEJ and HDR provides efficient and precise plasmid-based knock-ins in mice and rats (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimi K, Oka Y, Miyasaka Y, Kotani Y, Yasumura M, Uno Y, Hattori K, Tanigawa A, Sato M, Oya M, Nakamura K, Matsushita N, Kobayashi K, Mashimo T.
  • 雑誌名: Human Genetics 巻: 140(2) ページ: 277-287
  • DOI: 10.1007/s00439-020-02198-4
  • 査読あり
• [学会発表] Topographical corticopontine projection is organized by mutually repulsive EphA7-EfnA5 by inhibiting collateral extension (2021)
  • 著者名/発表者名: Makoto Sato
  • 学会等名: 6th International Anatomical Sciences and Cell Biology Conference (IASCBC)
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 授乳中の母親のストレスが子の脳内でストレスホルモンの活性を変えうることの発見とそれに関わる分子を同定
  • URL: https://www.ugscd-osaka-u.ne.jp/crnacdd/achievements/seika210907.html
• [備考] 単一ニューロン解析で大脳皮質の頭葉間をつなぐ神経回路のでき方を解明
  • URL: https://www.ugscd-osaka-u.ne.jp/crnacdd/achievements/seika210706.html
• [備考] 大脳皮質が機能領野ごとに区分され接続する仕組みを解明
  • URL: https://www.ugscd-osaka-u.ne.jp/crnacdd/achievements/seika210603.html