大脳皮質の興奮性と抑制性の神経細胞がつくる機能的回路形成の分子基盤

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K01976
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 平山 晃斉 大阪大学, 生命機能研究科, 特任講師(常勤) (40437398)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 大脳皮質 / 神経細胞 / 遺伝子改変マウス

Outline of Annual Research Achievements

ホモフィリックな細胞接着分子c-Pcdh遺伝子群は、CTCFの制御下で確率的な発現様式を持ち、個々の神経細胞に分子的多様性を与えるが、その役割は未だ明らかとはいえない。一方、大脳皮質の興奮性と抑制性の神経細胞は別々の場所で産生され、大脳皮質で統合されて機能的な神経回路を形成するが、その分子基盤は不明な点が多い。本研究では、大脳皮質の興奮性と抑制性の神経細胞でc-Pcdh遺伝子群およびCTCFを操作することで神経回路がどのように変化するかの詳細な解析をおこない、c-Pcdh遺伝子群のホモフィリックな細胞接着とCTCFによる確率的な遺伝子発現制御が機能的神経回路形成の分子基盤として働いていることを明らかとすることを目的とする。
本年度は、CTCFを抑制性神経細胞特異的に欠損させたマウスを作製して、解析をおこなった。抑制性神経細胞特異的にCTCFを欠損させると、マウスはてんかん様の症状を呈し、生後１ヶ月以内に死亡することが分かった。そこで、CTCFが欠損すると抑制性神経細胞にどの様な変化が起きているのかの詳細な解析を進めた。その結果、大脳皮質の神経活動に異常を示すデータを得ることができた。一方、c-Pcdh遺伝子群の興奮性と抑制性の神経細胞での役割を明らかにするため、それぞれの細胞特異的にc-Pcdh遺伝子群の一部を欠損させたマウスの作製をおこなった。その結果、欠損させたc-Pcdh遺伝子群で見る限り、興奮性より抑制性の神経細胞で欠損させた方が強い表現形を示すことがわかった。また、大脳皮質の神経活動にCTCF欠損マウスと類似した異常を示すデータを得ることができた。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本年度は、まず興奮性細胞でc-Pcdh遺伝子群の一部を欠損させたマウスを作製して解析をおこなう計画であったが、当初の計画通り遂行することができた。また、抑制性神経細胞でc-Pcdh遺伝子群の一部を欠損させたマウス、CTCFを欠損させたマウスも計画通り作製して解析を進めることができた。また、来年度に計画していた実験にも着手することができた。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、研究計画に従って上記の３種類のマウスを作製して、解析を進めることができた。得られた解析結果をもとに、さらに詳細な解析を進めることでc-Pcdh遺伝子群およびCTCFの神経回路形成における役割を明らかにしていく。また、研究計画に従って、興奮性および抑制性の神経細胞で特定のc-Pcdhアイソフォームを発現するマウスを作製して解析を推進していく。

Causes of Carryover

マウスの作製と交配により目的の神経細胞特異的に遺伝子を欠損させるのに時間を要したため、本年度は当初の予定より使用額が少なくて済んだ。次年度からは、作製したマウスを用いてより詳細な解析を進めるために予算を使用する計画である。

Research Products

• [Journal Article] Genome Stability by DNA polymerase β in Neural Progenitors Contributes to Neuronal Differentiation in Cortical Development (2017)
  • Author(s): Onishi K, Uyeda A, Shida M, Hirayama T, Yagi T, Yamamoto N, Sugo N.
  • Journal Title: J Neurosci. Volume: 37 Pages: 8444-8458
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0665-17.2017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The methyltransferase SETDB1 regulates a large neuron-specific topological chromatin domain (2017)
  • Author(s): Jiang Y, Loh YE, Rajarajan P, Hirayama T, Liao W, Kassim BS, Javidfar B, Hartley BJ, Kleofas L, Park RB, Labonte B, Ho SM, Chandrasekaran S, Do C, Ramirez BR, Peter CJ, C W JT, Safaie BM, Morishita H, Roussos P, Nestler EJ, Schaefer A, Tycko B, Brennand KJ, Yagi T, Shen L, Akbarian S.
  • Journal Title: Nat Genet. Volume: 49 Pages: 239-1250
  • DOI: 10.1038/ng.3906
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research