小脳における各種神経細胞の個性獲得の分子機構

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24300138
• 研究機関: 独立行政法人国立精神・神経医療研究センター
• 研究代表者: 星野 幹雄 独立行政法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所病態生化学研究部, 部長 (70301273)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 神経化学 / 小脳 / 発生 / 幹細胞

研究実績の概要

我々は、Atoh1およびPtf1aにそれぞれ相互にPtf1aおよびAtoh1をノックインしたマウス系統を作製し、Atoh1およびPtf1aがそれぞれ脳室帯と菱脳唇に異所性に発現するようにした。その結果、前者のマウスでは脳室帯から興奮性神経細胞が生まれ、後者では菱脳唇から抑制性神経細胞が生まれた。すなわち、Atoh1およびPtf1aが、それぞれ興奮性神経細胞および抑制性神経細胞を生み出すのに十分であるということが証明された。この結果は、Journal of Neuroscience誌に掲載された(2014)。次に、我々は、E12での発生途上の小脳原基のPtf1aを発現する領域の中に、さらにOlig2およびGsx1(Gsh1)という転写因子を発現するサブドメインがあることを見いだした。さらに、遺伝学的短期的リニエージ解析を行ったところ、Olig2陽性神経幹細胞からはプルキンエ細胞が、Gsx1陽性神経幹細胞からはPax2陽性介在神経細胞が選択的に生み出されるということを明らかにした。また中期的リニエージ解析により、「プルキンエ細胞(PJC)産生神経幹細胞」から「Pax2 IN産生神経幹細胞」への「時間形質の遷移」が起こっていることを明らかにした。遺伝子改変マウスの表現系から、Olig2およびGsx1が「PJC産生幹細胞」から「Pax2 IN産生幹細胞」の時間的形質変化を抑制および加速していることが示唆された。この結果は、Nature Communications誌に掲載された(2014)。また、興奮性神経細胞を生み出す菱脳唇の時間形質の遷移を司る転写因子のスクリーニングにより、候補分子が複数取られた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

小脳の抑制性神経細胞は複数種類あるが、それらが生み分けられるしくみについて、幹細胞の空間形質および時間形質という視点からおおむね明らかにできた。前者は、Journal of Neuroscience誌に掲載され、後者はNature Communications誌に掲載された。また、これら二つの成果は、様々なメディアで取り上げられた。以上から、研究は順調に進んでいると考えられる。しかし、興奮性神経細胞を生み出す神経幹細胞の時間形質については、完全に明らかにするとこまでは至らなかった。

今後の研究の推進方策

抑制性神経細胞系の解析はおおむね完了したので、今後は興奮性神経細胞系の解析に重点をおいていきたい。特に、細胞周期の停止と神経細胞分化のメカニズムを明らかにするために、興奮性神経細胞である小脳顆粒細胞前駆細胞(GCPs)の系をモデルに研究を行う。GCPsの遺伝子発現、細胞周期、および細胞形態や移動様式について調べ、外顆粒層の内部においてGCPsがいかにして細胞周期を継続あるいは停止して顆粒細胞へと分化していくのか、その動態について詳細に解析する。また、さまざまな遺伝子発現について調べる過程で、GCPsの細胞周期の継続あるいは離脱に関わる可能性のある候補遺伝子を抽出し、遺伝子導入法やノックアウト(KO)／ノックダウン(KD)法によってその機能を検証し、GCPsから顆粒細胞へと「細胞周期を停止し分化」する分子機構について明らかにする。GCPsの研究で得られた知見からは、中枢神経系全体で共通の神経前駆細胞の増殖と分化のバランスの制御機構の解明につながるのではないかと考えている。

次年度使用額が生じた理由

本研究は、動物モデルの作成などが当初計画よりも少し遅れたために、研究計画書に記載した当初の研究計画を達成するのに予定の期間よりも時間がかかることになった。そのため、その分の物品費として未使用額が発生した。これに伴って海外での成果の発表がずれてしまうため、旅費の未使用額が発生した。

次年度使用額の使用計画

海外での成果発表の旅費のために65万。また興奮性神経細胞発生の解析について必要な、試薬類、プラスチック類のために135万を使う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Unipotent, Atoh1+ progenitors maintain the Merkel cell population in embryonic and adult mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Wright MC, Reed-Geaghan EG, Bolock AM, Fujiyama T, Hoshino M, Maricich SM
  • 雑誌名: J Cell Biol 巻: 208 ページ: 367-379
  • DOI: 10.1083/jcb.201407101
  • 査読あり
• [雑誌論文] In utero gene therapy rescues microcephaly caused by Pqbp1-hypofunction in neural stem progenitor cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Ito H, Shiwaku H, Yoshida C, Homma H, Luo H, Chen X, Fujita K, Musante L, Fischer U, Frints S G M, Romano C, Ikeuchi Y, Shimamura T, Imoto S, Miyano S, Muramatsu S-I, Kawauchi T, Hoshino M, Sudol M, Arumughan A, Wanker E E, Rich T, Schwartz C, Matsuzaki F, Bonni A, Kalscheuer V M, Okazawa H
  • 雑誌名: Molecular psychiatry 巻: 20 ページ: 459-471
  • DOI: 10.1038/mp.2014.69
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cdk5 and its substrates, Dcx and p27kip1, regulate cytoplasmic dilation formation and nuclear elongation in migrating neurons (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishimura YV, Shikanai M, Hoshino M, Ohshima T, Nabeshima Y, Mizutani K, Nagata K, Nakajima K, Kawauchi T
  • 雑誌名: Development 巻: 141 ページ: 3540-3550
  • DOI: 10.1242/dev.111294
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytoskeletal regulation by AUTS2 in Neuronal migration and neuritogenesis (2014)
  • 著者名/発表者名: Hori K, Nagai T, Shan W, Sakamoto A, Taya S, Hashimoto R, Hayashi T, Abe M, Yamazaki M, Nakao K, Nishioka T, Sakimura K, Yamada K, Kaibuchi K, Hoshino M
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 9 ページ: 2166-2179
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.11.045
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] イハラてんかんラットの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 星野幹雄
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] Spatiotemporal regulation of cerebellar neural progenitor identities by transcription factors (2014)
  • 著者名/発表者名: Hoshino M, Seto Y, Nakatani T, Kawaguchi Y, Ikenaka K, Takebayashi H, Ono Y, Yamada M
  • 学会等名: 44th Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • 発表場所: Walter E. Washington Convention Center, Washington DC, USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] Role of Meis1 in the cerebellar development (2014)
  • 著者名/発表者名: 大輪智雄，田谷真一郎，西岡朋生，中村卓郎，五飯塚僚，貝淵弘三，星野幹雄
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Analysis of the function of a psychiatric disorder-related gene during development (2014)
  • 著者名/発表者名: Hoshino M, Hori K
  • 学会等名: 12th Biennial Meeting of the Asian-Pacific-Society-for-Neurochemistry
  • 発表場所: Howard Plaza Hotel Kaohsiung Taiwan, Kaohsiung, Taiwan
  • 年月日: 2014-08-23 – 2014-08-26
  • 招待講演
• [学会発表] Spatiotemporal regulation of neural progenitor identities by transcription factors (2014)
  • 著者名/発表者名: Hoshino M, Seto Y, Nakatani T, Kawaguchi Y, Ikenaka K, Takebayashi H, Ono Y, Yamada M
  • 学会等名: Joint Meeting of the 20th Biennial Meeting of the International Society for Developmental Neuroscience and the 5th Annual NeuroDevNet Brain Development Conference
  • 発表場所: Hilton Motreal Bonaventure, Montreal, Canada
  • 年月日: 2014-07-19 – 2014-07-24
• [備考] 国立精神神経医療研究センター神経研究所病態生化学研究部
  • URL: http://www.ncnp.go.jp/nin/guide/r_diag/index.html