皮質抑制性神経細胞が構成する神経回路網の解析

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24500408
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 日置 寛之 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (00402850)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 抑制性神経細胞 / シナプス結合 / 大脳新皮質 / 遺伝子改変マウス / ウイルスベクター

研究実績の概要

中枢神経系は外界から絶えず様々な刺激入力を受けながら、認知・思考・記憶・感情といった高次機能を実現している。高次機能を実現する素子・構成単位として、神経細胞を想定することは妥当であろう。しかし神経細胞一つ当たりの情報処理速度は高々1KHz程度であることから、神経細胞から構成されるネットワークにこそ、高次機能を生み出す原理があると考えられる。神経回路網の定量的解析については多くの研究者がその重要性を認めるところであるが、特に大脳新皮質においてはその解析があまり進展していないのが現状である。
本研究課題では、parvalbumin (PV)、somatostatin (SS)、vasoactive intestinal peptide (VIP) 発現抑制性神経細胞を対象とし、皮質抑制性神経細胞が構成するネットワークを定量的解析に取り組んできた。
(I) 皮質抑制性神経細胞への入力特性
第一次体性感覚野（S1）においては、PV発現細胞への各種シナプス入力には部位指向性・特異性があることを先行研究で明らかにしてる。第一次運動野（M1）においても同様の解析を進めたところ、S1とM1ではその結合様式に共通ルールがある一方で、領野特異的なルールもあることを明らかにした。また、VIP発現細胞への各種シナプス入力にも部位特異性があることを見出し、論文発表に向けて準備を進めている。
(II) 皮質抑制性神経細胞の出力特性
出力特性解析を行う際、薄切切片で結合関係を丹念に調べるという従来の方法は非効率的である。作業の効率化、および精緻な三次元データの取得を目指し、共同研究を通じて新しい透明化技術の開発に取り組んできた。現在までに様々な透明化技術が開発・発表されてきたが、簡便性・再現性・効率性などの様々な観点から、本方法は回路構造解析において最も優れたものだと思われる。

研究成果

• [雑誌論文] Ventral Medial Nucleus Neurons Send Thalamocortical Afferents More Widely and More Preferentially to Layer 1 than Neurons of the Ventral Anterior-Ventral Lateral Nuclear Complex in the Rat. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kuramoto E, Ohno S, Furuta T, Unzai T, Tanaka YR, Hioki H, Kaneko T.
  • 雑誌名: Cereb Cortex 巻: 25 ページ: 221-235
  • DOI: 10.1093/cercor/bht216
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient and graded gene expression in glia and neurons of primary cerebellar cultures transduced by lentiviral vectors. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kumar S, Zimmermann K, Hioki H, Pfeifer A, Baader SL.
  • 雑誌名: Histochem Cell Biol 巻: 143 ページ: 109-121
  • DOI: 10.1007/s00418-014-1260-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compartmental Organization of Synaptic Inputs to Parvalbumin-Expressing GABAergic Neurons in Mouse Primary Somatosensory Cortex. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hioki H.
  • 雑誌名: Anat Sci Int 巻: 90 ページ: 7-21
  • DOI: 10.1007/s12565-014-0264-8
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural basis for serotonergic regulation of neural circuits in the mouse olfactory bulb. (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y, Kiyokage E, Sohn J, Hioki H, Toida K.
  • 雑誌名: J Comp Neurol 巻: 523 ページ: 262-280
  • DOI: 10.1002/cne.23680
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Different Cortical Projections from Three Subdivisions of the Rat Lateral Posterior Thalamic Nucleus: A Single Neuron Tracing Study with Viral Vectors. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakamura H, Hioki H, Furuta T, Kaneko T.
  • 雑誌名: Eur J Neurosci 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1111/ejn.12882
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Convergence of Lemniscal and Local Excitatory Inputs on Large GABAergic Tectothalamic Neurons. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ito T, Hioki H, Sohn J, Okamoto S, Kaneko T, Iino S, Oliver DL.
  • 雑誌名: J Comp Neurol 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sequence of molecular events during maturation of developing mouse prefrontal cortex. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ueda S, Niwa M, Hioki H, Sohn J, Kaneko T, Sawa A, Sakurai T.
  • 雑誌名: Mol Neuropsychiatry 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ウイルスベクターを用いた遺伝子導入による単一ニューロン標識 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中村悠、日置寛之
  • 雑誌名: 細胞 巻: 47 ページ: 46-49
• [雑誌論文] Unbalanced excitability underlies offline reactivation of behaviorally activated neurons. (2014)
  • 著者名/発表者名: Mizunuma M, Norimoto H, Tao K, Egawa T, Hanaoka K, Sakaguchi T, Hioki H, Kaneko T, Yamaguchi S, Nagano T, Matsuki N, Ikegaya Y.
  • 雑誌名: Nat Neurosci 巻: 17 ページ: 503-505
  • DOI: 10.1038/nn.3674
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preprodynorphin-expressing neurons constitute a large subgroup of somatostatin-expressing GABAergic interneurons in the mouse neocortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sohn J, Hioki H, Okamoto S, Kaneko T.
  • 雑誌名: J Comp Neurol 巻: 522 ページ: 1506-1526
  • DOI: 10.1002/cne.23477
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Psychological Stress Activates a Dorsomedial Hypothalamus-Medullary Raphe Circuit Driving Brown Adipose Tissue Thermogenesis and Hyperthermia. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kataoka N, Hioki H, Kaneko T, Nakamura K.
  • 雑誌名: Cell Metab 巻: 20 ページ: 346-358
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2014.05.018
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] D Clustering of GABAergic Neurons Enhances Inhibitory Actions on Excitatory Neurons in the Mouse Visual Cortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ebina T, Sohya K, Imayoshi I, Yin ST, Kimura R, Yanagawa Y, Kameda H, Hioki H, Kaneko T, Tsumoto T.
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 9 ページ: 1896-1907
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.10.057
  • 査読あり
• [雑誌論文] 抑制性インターニューロンとオシレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 巻: 32 ページ: 743-746.
• [雑誌論文] パルブアルブミン発現皮質抑制性神経細胞に対する、細胞種特異的シナプス入力様式の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之
  • 雑誌名: 解剖学雑誌 巻: 89 ページ: 41-42
• [学会発表] Compartmental organization of synaptic inputs to parvalbumin-expressing inhibitory neurons in mouse neocortex. (2015)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之
  • 学会等名: 第120回日本解剖学会・第92回日本生理学会合同大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
  • 招待講演
• [学会発表] Imaging and implications of dopaminergic neurons for movement disorder: "opposite sides of the same coin" in Parkinson's disease. (2015)
  • 著者名/発表者名: 松田和郎、古田貴寛、中村公一、日置寛之、金子武嗣
  • 学会等名: 第120回日本解剖学会・第92回日本生理学会合同大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
  • 招待講演
• [学会発表] Excitatory and inhibitory inputs to vasoactive intestinal polypeptide-expressing neurons in the mouse primary somatosensory cortex. (2015)
  • 著者名/発表者名: 孫在隣、日置寛之、岡本慎一郎、金子武嗣
  • 学会等名: 第120回日本解剖学会・第92回日本生理学会合同大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] Maturation processes of developing prefrontal cortex of normal and disease model mice. (2015)
  • 著者名/発表者名: 櫻井武、上田修平、丹羽美苗、日置寛之、孫在隣、金子武嗣、澤明
  • 学会等名: 第120回日本解剖学会・第92回日本生理学会合同大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-23
• [学会発表] 皮質抑制性神経細胞が備える普遍的・特異的シナプス結合則 (2015)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之
  • 学会等名: 大阪大学歯学部・大学院歯学研究科 大学院特別講義
  • 発表場所: 吹田
  • 年月日: 2015-01-30 – 2015-01-30
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳皮質における非カラム的局所回路の作動原理の究明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之、金子武嗣
  • 学会等名: 包括脳ネットワーク冬のワークショップ
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-13
  • 招待講演
• [学会発表] Gene expression profiles of developing prefrontal cortex of normal and disease model mice. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ueda S, Niwa M, Hioki H, Sohn J, Kaneko T, Sawa A, Sakurai T.
  • 学会等名: 包括脳ネットワーク冬のワークショップ
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-13
• [学会発表] Three Types of Thalamocortical Projections of the Lateral Posterior Thalamic Nucleus in the Rat: A Single Neuron Tracing Study with Viral Vectors. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakamura H, *Hioki H, Furuta Y, Kaneko T.
  • 学会等名: 包括脳ネットワーク冬のワークショップ
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-13
• [学会発表] Three Types of Thalamocortical Projections from the Rat Lateral Posterior Thalamic Nucleus: A Single Neuron-Tracing Study Using Viral Vectors. (2014)
  • 著者名/発表者名: 村悠、日置寛之、古田貴寛、金子武嗣
  • 学会等名: 第90回日本解剖学会・近畿支部学術集会
  • 発表場所: 吹田
  • 年月日: 2014-11-29 – 2014-11-29
• [学会発表] Vesicular glutamate transporter 3 is essential for the proper development of central mechanical pain circuits. (2014)
  • 著者名/発表者名: PEIRS C, WILLIAMS S-PG, WALSH CE, CAGLE NE, GOLDRING AC, HIOKI H, SEAL RP.
  • 学会等名: The 44th Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Washington
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] GABAergic interneurons form spatial clusters in the mouse visual cortex to enhance inhibitory actions on excitatory neurons. (2014)
  • 著者名/発表者名: EBINA T, SOHYA K, IMAYOSHI I, YIN ST, KIMURA R, YANAGAWA Y, KAMEDA H, HIOKI H, KANEKO T, TSUMOTO T.
  • 学会等名: The 44th Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Washington
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] Gene expression profiles of developing prefrontal cortex of normal and disease model mice. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ueda S, Niwa M, Hioki H, Sohn J, Kaneko T, Sawa A, Sakurai T.
  • 学会等名: Axon Guidance, Synapse Formation and Regeneration 2014 (CSHL Meeting)
  • 発表場所: Cold Spring Harbor
  • 年月日: 2014-09-16 – 2014-09-20
• [学会発表] Functional significance of GABAergic interneuron clusters in the three-dimensional space of the mouse visual cortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: 蝦名鉄平、惣谷和広、今吉格、Yin Shu-Ting、木村塁、柳川右千夫、亀田浩司、日置寛之、金子武嗣、津本 忠治
  • 学会等名: 第37回日本神経科学学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Topological projections of direct and indirect pathway neurons in the neostriatum to the GPe. (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡本慎一郎、日置寛之、孫在隣、藤山文乃、金子武嗣
  • 学会等名: 第37回日本神経科学学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Excitatory and inhibitory inputs to vasoactive intestinal polypeptide-expressing neurons in the mouse primary somatosensory cortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: 孫在隣、日置寛之、岡本慎一郎、金子武嗣
  • 学会等名: 第37回日本神経科学学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Three Types of Thalamocortical Projections from the Rat Lateral Posterior Thalamic Nucleus: A Single Neuron-Tracing Study Using Viral Vectors. (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村悠、日置寛之、古田貴寛、金子武嗣
  • 学会等名: 第37回日本神経科学学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Preferential inputs of cholecystokinin-positive neurons to the somatic compartment of parvalbumin-expressing neurons in the mouse primary somatosensory cortex. (2014)
  • 著者名/発表者名: 日置寛之、孫在隣、岡本慎一郎、亀田浩司、金子武嗣
  • 学会等名: 第37回日本神経科学学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [備考] 高次脳形態学
  • URL: http://www.mbs.med.kyoto-u.ac.jp/