高等哺乳動物を用いた脳情報動態処理の基盤構築形成機構の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: 脳情報動態を規定する多領野連関と並列処理
• 研究課題/領域番号: 20H05056
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 河崎 洋志 金沢大学, 医学系, 教授 (50303904)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 大脳皮質

研究実績の概要

大脳皮質は高次脳機能の中枢であり、様々な脳神経疾患や精神疾患の病変の首座であることから、最も重要な研究対象の一つであるといえる。ヒトの大脳皮質には、表面のシワ（脳回や脳溝）や発達した局所神経回路があり、その発生過程や特性の解析は脳情報動態を理解するうえで重要であると考えられる。しかし、マウスの大脳皮質はヒトの大脳皮質に比べて脳回や脳溝がないなどさほど発達しておらず、大脳皮質の局所神経回路の詳細な解析はマウスを用いて行うことが困難であることから、我々はマウスよりも大脳皮質が発達している食肉類哺乳動物フェレットに着目し解析を進めてきた。我々はこれまでに、子宮内電気穿孔法を用いてフェレット大脳皮質へＧＦＰを導入し、大脳皮質の局所神経回路を解析してきた。その結果、内側線維層(ＩＦＬ)および外側線維層(ＯＦＬ)と呼ばれる、ヒトやサルなどの発達した大脳皮質の形成期に存在する軸索束がフェレットにも存在することを見いだした。そこで、大脳皮質の形成期に見られるＩＦＬおよびＯＦＬが、完成した大脳皮質においてどのような神経回路に寄与するか、より後の週齢のフェレットを用いて解析した結果、特に進化的に拡大したＯＦＬが短連合線維であるＵ線維の由来であることを見いだした。現在、Ｕ線維領域の詳細な特性の解析を進めている。Ｕ線維は様々な神経変性疾患や精神疾患における重要性も報告されており、本研究は臨床医学的な意義も大きい。

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

U線維は脳情報動態の理解に重要だと考えられているが、その発生学的由来や詳細な特性の解析は遅れている。我々は既にフェレットの大脳皮質を用いて、OFLがU線維の発生学的由来となっていることを見いだしており、研究は順調に進行していると考えている。

今後の研究の推進方策

U線維領域の詳細な特性を解析するために、フェレットの大脳皮質を用いて様々な染色及び電子顕微鏡解析を行う。さらに子宮内電気穿孔法を用いてU線維を可視化し、投射パターンの解析を進める。我々は既に、これまでに報告の無かったU線維領域の特性を見いだしており、さらに解析を進める予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Institute
• [国際共同研究] Human Technopole(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: Human Technopole
• [雑誌論文] Localized astrogenesis regulates gyrification of the cerebral cortex (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinmyo Yohei、Saito Kengo、Hamabe-Horiike Toshihide、Kameya Narufumi、Ando Akitaka、Kawasaki Kanji、Duong Tung Anh Dinh、Sakashita Masataka、Roboon Jureepon、Hattori Tsuyoshi、Kannon Takayuki、Hosomichi Kazuyoshi、Slezak Michal、Holt Matthew G.、Tajima Atsushi、Hori Osamu、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 ページ: eabi5209
  • DOI: 10.1126/sciadv.abi5209
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visual cortex damage in a ferret model of ocular hypertension (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujishiro Takashi、Honjo Megumi、Kawasaki Hiroshi、Aihara Makoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Ophthalmology 巻: 66 ページ: 205～212
  • DOI: 10.1007/s10384-022-00901-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of the Mechanisms Underlying the Development and Evolution of the Cerebral Cortex Using Gyrencephalic Ferrets (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinmyo Yohei、Hamabe-Horiike Toshihide、Saito Kengo、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 10 ページ: 847159
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.847159
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Glial cell type-specific gene expression in the mouse cerebrum using the piggyBac system and in utero electroporation (2021)
  • 著者名/発表者名: Hamabe-Horiike Toshihide、Kawasaki Kanji、Sakashita Masataka、Ishizu Chihiro、Yoshizaki Tomokazu、Harada Shin-ichi、Ogawa-Ochiai Keiko、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 4864
  • DOI: 10.1038/s41598-021-84210-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphorylation of GAP-43 T172 is a molecular marker of growing axons in a wide range of mammals including primates (2021)
  • 著者名/発表者名: Okada Masayasu、Kawagoe Yosuke、Sato Yuta、Nozumi Motohiro、Ishikawa Yuya、Tamada Atsushi、Yamazaki Hiroyuki、Sekino Yuko、Kanemura Yonehiro、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi、Kaneko Naoko、Sawamoto Kazunobu、Fujii Yukihiko、Igarashi Michihiro
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 14 ページ: 66
  • DOI: 10.1186/s13041-021-00755-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The expression of aristaless-related homeobox in neural progenitors of gyrencephalic carnivore ferrets (2021)
  • 著者名/発表者名: Maeyama Hiroki、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Reports 巻: 26 ページ: 100970
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2021.100970
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] BMP signaling alters aquaporin-4 expression in the mouse cerebral cortex (2021)
  • 著者名/発表者名: Morita Kazuya、Matsumoto Naoyuki、Saito Kengo、Hamabe-Horiike Toshihide、Mizuguchi Keishi、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 10540
  • DOI: 10.1038/s41598-021-89997-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Establishment of an induced pluripotent stem cell line from a female domestic ferret (Mustela putorius furo) with an X chromosome instability (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimatsu Sho、Murakami Rei、Nakajima Mayutaka、Sato Tsukika、Kawasaki Hiroshi、Okano Hideyuki
  • 雑誌名: Stem Cell Research 巻: 53 ページ: 102385
  • DOI: 10.1016/j.scr.2021.102385
  • 査読あり
• [雑誌論文] ERAD components Derlin-1 and Derlin-2 are essential for postnatal brain development and motor function (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Takashi、Murao Naoya、Kadowaki Hisae、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Matsushita Yosuke、Katagiri Toyomasa、Futatsugi Akira、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi、Sakai Juro、Shiomi Kazutaka、Nakazato Masamitsu、Takeda Kohsuke、Mikoshiba Katsuhiko、Ploegh Hidde L.、Ichijo Hidenori、Nishitoh Hideki
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 ページ: 102758
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102758
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The distribution of Cdh20 mRNA demarcates somatotopic subregions and subpopulations of spiny projection neurons in the rat dorsolateral striatum (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Masanori、Fukabori Ryoji、Kawasaki Hiroshi、Kobayashi Kazuto、Kawakami Kiyoshi
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: 529 ページ: 3655～3675
  • DOI: 10.1002/cne.25215
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of the Retina in Intact Eyes of Mice and Ferrets Using a Tissue Clearing Method (2020)
  • 著者名/発表者名: Ye Yunyan、Dinh Duong Tung Anh、Saito Kengo、Shinmyo Yohei、Ichikawa Yoshie、Higashide Tomomi、Kagami Kyosuke、Fujiwara Hiroshi、Sugiyama Kazuhisa、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Translational Vision Science & Technology 巻: 9 ページ: 1
  • DOI: 10.1167/tvst.9.3.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural Changes and Astrocyte Response of the Lateral Geniculate Nucleus in a Ferret Model of Ocular Hypertension (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujishiro Takashi、Honjo Megumi、Kawasaki Hiroshi、Asaoka Ryo、Yamagishi Reiko、Aihara Makoto
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 ページ: 1339
  • DOI: 10.3390/ijms21041339
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Vivo Targeting of Neural Progenitor Cells in Ferret Neocortex by In Utero Electroporation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kalebic Nereo、Langen Barbara、Helppi Jussi、Kawasaki Hiroshi、Huttner Wieland B.
  • 雑誌名: Journal of Visualized Experiments 巻: 159 ページ: e61171
  • DOI: 10.3791/61171
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The origin and development of subcortical U-fibers in gyrencephalic ferrets (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshino Mayuko、Saito Kengo、Kawasaki Kanji、Horiike Toshihide、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 13 ページ: 37
  • DOI: 10.1186/s13041-020-00575-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A discrete subtype of neural progenitor crucial for cortical folding in the gyrencephalic mammalian brain (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Naoyuki、Tanaka Satoshi、Horiike Toshihide、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi
  • 雑誌名: eLife 巻: 9 ページ: e54873
  • DOI: 10.7554/eLife.54873
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A novel third mesh-like myometrial layer connects the longitudinal and circular muscle fibers -A potential stratum to coordinate uterine contractions- (2020)
  • 著者名/発表者名: Kagami Kyosuke、Ono Masanori、Iizuka Takashi、Matsumoto Takeo、Hosono Takashi、Sekizuka-Kagami Naomi、Shinmyo Yohei、Kawasaki Hiroshi、Fujiwara Hiroshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 8274
  • DOI: 10.1038/s41598-020-65299-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Investigation of the inner and outer fiber layers in the developing cerebral cortex of gyrencephalic ferrets (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito K., Yoshino M., Hamabe-Horiike T., Dinh Duong T.A., Shinmyo Y., Kawasaki H.
  • 学会等名: 23rd Biennial Meeting of the International Society for Developmental Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Sonic hedgehog signaling regulates folding of the cerebral cortex in gyrencephalic carnivore ferrets (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto N., Saito K., Kawasaki K., Horiike T., Shinmyo Y., Kawasaki H.
  • 学会等名: 23rd Biennial Meeting of the International Society for Developmental Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] フェレットとマウスを用いた大脳皮質の形成と進化のメカニズム解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第44回 日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] Identification of an axonal growth marker in both rodent and primate (2021)
  • 著者名/発表者名: Masayasu Okada, Yosuke Kawagoe, Naoko Kaneko, Hiroyuki Yamazaki, Hiroshi Kawasaki, Yukihiko Fujii, Michihiro Igarashi
  • 学会等名: 第44回 日本神経科学大会
• [学会発表] マウス大脳皮質におけるアクアポリン4の発現は BMPシグナルによって制御されている (2021)
  • 著者名/発表者名: 森田 一矢、松本 直之、斎藤 健吾、浜辺(堀池) 俊秀、水口 敬司、新明 洋平、河崎 洋志
  • 学会等名: 第44回 日本神経科学大会
• [学会発表] Phosphorylation of GAP-43 T172 is a molecular marker representing the growing axons in a wide range of mammals including primates (2021)
  • 著者名/発表者名: Masayasu Okada, Asami Kawasaki, Naoko Kaneko, Hiroyuki Yamazaki, Yohei Shinmyo, Hiroshi Kawasaki, Yonehiro Kanemura, Kazunobu Sawamoto, Yukihiko Fujii, Michihiro Igarashi
  • 学会等名: 第64回日本神経化学会大会
• [学会発表] Investigation of molecular mechanisms underlying the expansion and gyrification of the cerebral cortex using ferrets (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: International Society for Stem Cell Research/Tokyo 2021 Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of molecular mechanisms underlying the expansion and gyrification of the cerebral cortex using ferrets (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kawasaki
  • 学会等名: 50th Annual meeting for the Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] 細胞外小胞を介したシヌクレイン伝播機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河原 裕憲、奥野 龍禎、八杉 徹雄、佐藤 純、新明 洋平、河崎 洋志、望月 秀樹、華山 力成
  • 学会等名: 第43回 日本神経科学大会
• [学会発表] フェレット大脳皮質の外側放射状グリア増加と脳回形成におけるShhシグナルの役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本 直之, 田中 智, 堀池 俊秀, 新明 洋平, 河崎 洋志
  • 学会等名: 第43回 日本神経科学大会
• [学会発表] フェレット大脳におけるU-fiberの形成過程解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉野 真優子, 齋藤 健吾, 川崎 寛二, 堀池 俊秀, 新明 洋平, 河崎 洋志
  • 学会等名: 第43回 日本神経科学大会
• [学会発表] フェレットを用いた大脳皮質の形成と進化、異常病態の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第50回日本神経精神薬理学会年会・42回日本生物学的精神医学会年会・第4回日本精神薬学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] マウスとフェレットを用いた大脳皮質の形成と進化のメカニズム解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第63回日本神経化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] フェレットとマウスを用いた大脳皮質の形成、進化と異常病態の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河崎洋志
  • 学会等名: 第61回日本神経病理学会総会学術研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 子宮内エレクトロポレーション法を用いた大脳皮質グリア細胞選択的な遺伝子操作 (2020)
  • 著者名/発表者名: 堀池 俊秀、川崎 寛二、坂下正考、石津 千裕、新明 洋平、原田 真市、小川 恵子、河崎 洋志
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Mechanisms underlying the formation and evolution of cortical folds (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki H.
  • 学会等名: 遺伝研研究会「哺乳類脳の機能的神経回路の構築メカニズム」
  • 招待講演
• [備考] 河崎研究室ホームページ
  • URL: http://square.umin.ac.jp/top/kawasaki-lab/