感覚入力特異的なスクラップ&ビルドによる大脳皮質内の多細胞ネットワーク形成機構

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Dynamic regulation of brain function by Scrap & Build system
• Project/Area Number: 16H06460
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 吉村 由美子 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 教授 (10291907)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 亘彦 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (00191429)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: 大脳皮質視覚野 / 興奮性細胞 / 抑制性細胞 / 双方向性神経結合 / 発達

Outline of Annual Research Achievements

マウス大脳皮質視覚野は大脳皮質の神経回路網発達を解析する良いモデルである。これまでに生後3週齢のマウス視覚野を対象に、2/3層にある興奮性ニューロンとfast spiking型の発火特性を示す抑制性ニューロンサブタイプ（FSニューロン）が形成する神経結合をスライスパッチクランプ法により解析した。その解析により、双方向性結合を形成する興奮性ニューロン―FSニューロンペアにおいては、興奮性、抑制性どちらか一方向性の結合しかみられないペアに比べて、神経結合が強いことを見出した。本年度はその発達過程を調べた。開眼前の幼若な時期では、FS発火パターンやこの抑制性細胞サブタイプのマーカーであるパルブアルブミンの発現が明確でなく、細胞サブタイプの同定が困難である。そこで、将来のFS細胞が蛍光標識されたトランスジェニックマウスを利用して、開眼前のマウス視覚野のシナプス結合を調べた。この結果、3週齢のマウスに比べて双方向性結合する興奮性ニューロン―FSニューロンペアは少ない結果を得た。また、記録したペアが双方向性に結合しているか、一方向性に結合しているかに関わらず、興奮性結合、抑制性結合が共に弱いことが明らかになった。従って、興奮性ニューロン―FSニューロン間の神経結合は開眼後に形成されると考えられる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は興奮性細胞とfast-spiking型の発火パターンを示す抑制性細胞の発達過程を明らかにした。この成果により、計画はおおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後は上述の神経結合形成に関与する分子機構を明らかにする。他の抑制性細胞サブタイプの神経結合形成についても解析を行う予定である。

Research Products

• [Journal Article] Rho guanine nucleotide exchange factors regulate horizontal axon branching of cortical upper layer neurons (2020)
  • Author(s): Sasaki K, Arimoto K, Kankawa K, Terada C, Yamamori T, Watakabe A, Yamamoto N
  • Journal Title: Cereb Cortex Volume: 30 Pages: 2506-2518
  • DOI: 10.1093/cercor/bhz256.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hypothalamic neuronal circuits regulating hunger-induced taste modification. (2019)
  • Author(s): Fu, O., Iwai, Y., Narukawa, M., Ishikawa, A.W., Ishii, K.K., Murata, K., Yoshimura, Y., Touhara, K., Misaka, T., Minokoshi, Y. & Nakajima, K.I.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 2019 Oct 8;10(1) Pages: 4560
  • DOI: 10.1038/s41467-019-12478-x.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] miR-124 dosage regulates prefrontal cortex function by dopaminergic modulation. (2019)
  • Author(s): Kozuka, T., Omori, Y., Watanabe, S., Tarusawa, E., Yamamoto, H., Chaya, T., Furuhashi, M., Morita, M., Sato, T., Hirose, S., Ohkawa, Y., Yoshimura, Y., Hikida, T. & Furukawa, T.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 2019 Mar 5;9(1) Pages: 3445
  • DOI: 10.1038/s41598-019-38910-2.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Establishment of clustered protocadherin-regulated high reciprocal connectivity between clonal cortical neurons requires sensory experience in mouse barrel cortex. (2019)
  • Author(s): Tarusawa E. Sanbo M, Hirabayashi T, Yagi Y, Yoshimura Y
  • Organizer: Neuro2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Involvement of V1 neurons preferring low-contrast stimuli in difficult orientation discrimination. (2019)
  • Author(s): Kimura R, Yoshimura Y
  • Organizer: 9th FAOPS
  • Int'l Joint Research