公募研究
生体発達の初期においてある刺激が与えられた際、その効果が最も良く現れる時期を臨界期と呼んでいる。これ迄、幼少期の視覚刺激が哺乳類の視神経回路形成に及ぼす影響などが良く研究されてきたが、どのような分子基盤に則っているのか未解明のままである。我々はこれまで、生後一週間に限ってマウスの鼻腔を閉塞し嗅覚刺激を一過的に遮断すると、マウスは成長後も匂いを探知できるが、その匂い情報を正しく判読できず、社会行動が異常になることを見出した。そこで本研究では、マウスによって主要な感覚である嗅覚系の神経回路形成を中心に、生後一週間という臨界期に、脳内で何が起きているのか、その分子基盤を明らかにする。その成果は、臨界期における感覚刺激が個性形成にどの様な影響を及ぼすかを、分子レベルで理解する突破口になると期待される。まず、生後一週間という臨界期に、マウス鼻腔閉塞により嗅覚入力を遮断した場合、嗅細胞軸索と僧房細胞樹状突起間のシナプス形成がどのような影響を受けるかを調べた。具体的には、特定の糸球体に着目し、嗅細胞軸索と僧房細胞樹状突起間のシナプス形成の度合いを、嗅球切片上でシナプスマーカー分子に対する免疫染色を行うことにより解析した。その結果、臨界期に嗅覚入力を遮断すると、このシナプス形成はずっと未熟なまま留まることを見出した。続いて、シナプス形成に関与する分子の同定と解析を行った。神経活動依存的に嗅細胞の軸索末端で発現しシナプス形成に関わる分子を探索し、Sema7Aを同定した。また、Sema7AのリガンドPlxnC1が、僧房細胞の樹状突起に生後一週間限定で発現することも見出した。さらにSema7A及びPlxnC1欠損マウスをそれぞれ解析した結果、Sema7A- PlxnC1シグナルが嗅細胞と僧房細胞間のシナプス形成促進に必須であることが明らかになった。
2: おおむね順調に進展している
予備実験が十分であったお陰で、計画通りに実験が進んでいる。
鼻腔閉塞やSema7A-PlexinC1シグナルを阻害したloss-of-function実験から、マウス嗅覚系の臨界期の嗅覚刺激がその後のマウスの個性と行動に大きな影響を与えることを見出した。今後は逆に、gain-of-function実験として、臨界期に特定の匂いを嗅がせた時に、マウス嗅覚系にどのような影響が出るかを解析していく。免疫系のアナロジーとして、自己に反応するリンパ球が排除されるように、臨界期に嗅いだ匂いを検出する能力が落ちる可能性も考えられる。予備実験では、マウスにとって中性の匂いvanillinを臨界期に嗅がせると、反応した嗅細胞特異的にSema7Aの発現量が上昇し、糸球体形成が早まるという結果を得ている。また、vanillinを嗅いで成長したマウスは、vanillin臭に対し好奇心や愛着行動を示すようになる示唆を得ている。そこでまず、臨界期に特定の匂いを嗅がせることで、嗅覚神経回路にどのような変化が起きているのかについて、糸球体内におけるシナプス形成を中心に解析を行う。一方、中性なvanillinの代わりに、先天的には嫌いな匂いを臨界期に嗅がせた場合、成長したマウスはその匂いに対しどの様な反応を示すかについて、行動実験などを行い詳細に解析する。もし匂いの質感判断に変化が起き、個性が変わるようなことがあれば、脳内でダイナミックな変化が起きていると考えられるので、可塑的に変化した神経回路がないかを詳細に調べる。具体的には、臨界期に刷り込まれた匂いを嗅いだ時に、特異的に活性化されるようになる脳領野がないかを、嗅皮質、扁桃体、海馬など脳全体に渡って、Egr1などのimmediate early geneの発現を指標に免疫染色法によって解析し、個性創発の現場を特定する。
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すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)
Nature Communications
巻: 9 ページ: 1842
10.1038/s41467-018-04239-z
巻: 8 ページ: 16011
10.1038/ncomms16011
巻: 8 ページ: 15977
10.1038/ncomms15977
