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2015 年度 実績報告書

成体神経新生を利用した障害脳神経回路の機能的再建

公募研究

研究領域行動適応を担う脳神経回路の機能シフト機構
研究課題/領域番号 15H01446
研究機関奈良県立医科大学

研究代表者

坪井 昭夫  奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (20163868)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード神経科学 / 脳・神経 / 脳神経疾患 / 再生医学 / 成体神経新生
研究実績の概要

脳血管障害は、本邦の死亡原因の4位となる極めて発生頻度の高い疾患である。しかしながら、虚血などにより脳組織が損傷した際に、失われたニューロンや神経回路を再生するための有効な再生治療法は未だ確立されていない。

そこで、今年度の研究においては、脳梗塞モデルマウスを用いて、その側脳室や梗塞層に、申請者ら独自に見出した新生ニューロンの発達促進因子(5T4, Npas4など)を遺伝子導入した。そして、脳梗塞マウスにおいて、新生ニューロンの発達を促進し、梗塞部位で失われた神経回路を補填するという“適応回路シフト”を活性化することで、脳神経回路の機能回復を図ろうと考えている。

また、脳梗塞が起こった際、血流が低下しながらも細胞死を免れている梗塞層の周辺領域では、「どのようにして細胞死が抑制されているのか?」が、現在の臨床治療における重要な課題となっている。申請者らはこれ迄に、転写因子Npas4が新生嗅球ニューロンのシナプス形成を促進することを明らかにした(申請者ら、Cell Reports, 8, 843, 2014)。今年度の研究では、梗塞時のマウスの脳内において、Npas4遺伝子がどのように発現しているのかを検討した。

現在までの達成度 (区分)
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

今年度の研究において、マウスの中大脳動脈(MCA: middle cerebral artery)の閉塞・再灌流後に、大脳皮質や線条体などにおいて、Npas4遺伝子が梗塞部位を囲むように一過性に発現していることを見出した(申請者ら、未発表データ)。大脳皮質の興奮性ニューロンでは、Npas4の下流で神経栄養因子BDNFの発現が誘導されることが知られており(Nature, 455, 1198, 2008)、Npas4は興奮性と抑制性の神経回路のバランスを取る役割を果たすと考えられている(Cell, 157, 1216, 2014)。このような梗塞後のNpas4の発現上昇は、Npas4が梗塞周囲におけるニューロンの生存や、神経回路の再編に関与することを強く示唆していると考えられる。

申請者らは更に、「梗塞層の周辺領域で、どのようにして細胞死が抑制されているのか?」を明らかにするため、Npas4欠損マウスに関して中大脳動脈の閉塞手術を行い、野生型マウスと比較検討している。これ迄のところ、Npas4欠損マウスでは、脳梗塞による症状の悪化が見られている。そこで、梗塞部位やその周囲において、Npas4により発現が制御されることが報告されている遺伝子(BDNF, cFos, Mdm2等)の変化を検討しており、細胞死や運動機能への影響を定量している。また逆に、梗塞部位にNpas4を発現するレンチウイルスを注入して、その発現を促進した場合の効果についても調べている。

今後の研究の推進方策

今年度の研究を発展させると共に、次年度では以下の解析も行う。
中大脳動脈閉塞手術により脳梗塞を誘発させ、そのマウスの側脳室や梗塞部位にレンチウイルスを注入し、新生ニューロンに発達を促進する遺伝子(5T4, Npas4など)を導入し、以下の2点について検討する。

A)新生ニューロンによる脳梗塞時の神経回路の修復:脳梗塞マウスの側脳室や梗塞部位に、レンチウイルスを用いて遺伝子導入を行う。そして、新生ニューロンの発達を促進する分子を過剰発現させることにより、梗塞部位での新生ニューロンの生存や発達を促進して、失われた神経回路の修復を図る。

B)新生ニューロンによる梗塞した脳の機能回復:「梗塞で損傷した脳の機能が新生ニューロンの作用により回復したか?」を明らかにするため、上記A)で遺伝子導入を行った脳梗塞モデルマウスを用いて行動実験を行い、脳機能の変化を検討する。①脳梗塞により失われた線条体などの運動機能への効果、②新生ニューロンの本来の役割である嗅覚の情報処理に生じる影響について解析を行う。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Manchester(United Kingdom)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Manchester
  • [国際共同研究] Kantonsspital Aarau(Switzerland)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      Kantonsspital Aarau
  • [雑誌論文] 転写因子Npas4による神経活動依存的なシナプス形成の制御機構2016

    • 著者名/発表者名
      吉原誠一、坪井昭夫
    • 雑誌名

      生化学(日本生化学会誌)

      巻: 88 ページ: 220-224

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.14952/SEIKAGAKU.2016.880220

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Evaluation of a filament perforation model for mouse subarachnoid hemorrhage using 7.0 Tesla MRI2016

    • 著者名/発表者名
      Muroi C, Kashiwagi Y, Rokugawa T, Tonomura M, Obata A, Nevzati E, Tsuboi A, Okuchi K, Mishima K, Abe K, Fujioka M
    • 雑誌名

      Journal of Clinical Neuroscience

      巻: 28 ページ: 141-147

    • DOI

      10.1016/j.jocn.2015.10.045

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Molecular mechanisms regulating the dendritic development of newborn olfactory bulb interneurons in a sensory experience-dependent manner2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshihara S, Takahashi H, Tsuboi A
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 9 ページ: 514

    • DOI

      10.3389/fnins.2015.00514

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Supersensitive odor discrimination is controlled in part by initial transient interactions between the most sensitive dorsal olfactory receptors and G-proteins2016

    • 著者名/発表者名
      Sato T, Kobayakawa R, Kobayakawa K, Emura M, Itohara S, Kawasaki T, Tsuboi A, Matsumura H
    • 雑誌名

      Receptors & Clinical Investigation

      巻: 3 ページ: e1117

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.14800/rci.1117

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] .Supersensitive detection and discrimination of enantiomers by dorsal olfactory receptors: evidence for hierarchical odour coding2015

    • 著者名/発表者名
      Sato T, Kobayakawa R, Kobayakawa K, Emura M, Itohara S, Kizumi M, Hamana H, Tsuboi A, Hirono J
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 14073

    • DOI

      10.1038/srep14073

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 嗅覚系におけるCO2センシングの分子機構2015

    • 著者名/発表者名
      高橋弘雄,坪井昭夫
    • 雑誌名

      におい・かおり環境学会誌

      巻: 46 ページ: 209-217

    • 査読あり
  • [学会発表] A specific subtype of olfactory bulb interneurons is necessary for odor detection and odor-background segregation2016

    • 著者名/発表者名
      Takahashi H, Yoshihara S, Ogawa Y, Asahina R, Kitano T, Tsuboi A
    • 学会等名
      The 17th International Symposium on Olfaction and Taste (ISOT 2016)
    • 発表場所
      Yokohama (Japan)
    • 年月日
      2016-06-05 – 2016-06-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A specific subtype of newborn interneurons in the olfactory bulb is required for behaviors on odor detection and discrimination2016

    • 著者名/発表者名
      Takahashi H, Yoshihara S, Ogawa Y, Asahina R, Kinoshita M, Tsuboi A
    • 学会等名
      Conference on Neurogenesis 2016: Implications for Lifelong Development and Disease
    • 発表場所
      Cancun (Mexico)
    • 年月日
      2016-03-02 – 2016-03-05
    • 国際学会
  • [学会発表] A specific subtype of adult-born interneurons in the olfactory bulb is required for behaviors on odor detection and discrimination2015

    • 著者名/発表者名
      Tsuboi A, Yoshihara S, Ogawa Y, Asahina R, Kinoshita M, Takahashi H
    • 学会等名
      Current Trends in Biomedicine 2015: Development and Adult Neurogenesis in the Central Nervous System
    • 発表場所
      Baeza (Spain)
    • 年月日
      2015-10-05 – 2015-10-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A specific subtype of newborn interneurons in the olfactory bulb play a crucial role in odor detection and discrimination2015

    • 著者名/発表者名
      Tsuboi A, Takahashi H, Yoshihara S, Ogawa Y, Stern PL
    • 学会等名
      The 2015 Bridging Biomedical Worlds Symposium: From Neural Circuitry to Neurotechnology
    • 発表場所
      Tokyo (Japan)
    • 年月日
      2015-05-11 – 2015-05-12
    • 国際学会
  • [図書] Electroporation Methods in Neuroscience (Neuromethods)2015

    • 著者名/発表者名
      Takahashi H, Yoshihara S, Asahina R, Tamada Y, Tsuboi A
    • 総ページ数
      11
    • 出版者
      Springer
  • [図書] Handbook of Olfaction and Gustation, Third Edition2015

    • 著者名/発表者名
      Tsuboi A, Sakano H
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      Wiley-Blackwell
  • [備考] HOME(脳神経システム医科学)

    • URL

      http://www.naramed-u.ac.jp/~amrc-lab1/

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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