2016 Fiscal Year Annual Research Report
シナプスにおける逆行性シグナルが生後発達期の機能的神経回路形成に果たす役割の解明
Project/Area Number |
25000015
|
Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
狩野 方伸 東京大学, 医学系研究科, 教授 (40185963)
|
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
崎村 建司 新潟大学, 脳研究所, 教授 (40162325)
少作 隆子 金沢大学, 保健学系, 教授 (60179025)
橋本 浩一 広島大学, 医歯薬保健学研究科, 教授 (00303272)
|
Project Period (FY) |
2013 – 2017
|
Keywords | シナプス / シナプス刈り込み / 生後発達 / 神経回路 / 逆行性シグナル / 小脳 / 登上線維 / マウス |
Outline of Annual Research Achievements |
◆平成26年度までに絞り込んだ10種類以上の候補遺伝子のうちで、平成28年度は、平成27年度に引き続き①細胞接着分子プロトカドヘリンの1サブタイプの登上線維シナプス刈り込みにおける役割について精査した。この分子のノックダウンの効果は小脳の後部小葉において有意に見られ、生後15日目以降のlate phaseに登上線維シナプス刈り込みに異常が見られた。さらに、この分子のプルキンエ細胞特異的ノックアウトマウスを作製し、繁殖を進めた。また、②増殖因子insulin-like growth factor 1 (IGF-1) signalを抑制すると考えられる分子のノックダウンでは、生後12日で既に異常がみられ、シナプス刈り込みのearly phaseに異常があることが示唆された。また、IGF-1 signalとの関連を調べるため、IGF-1受容体のプルキンエ細胞特異的ノックアウトマウスの繁殖を進めた。◆さらに③P/Q型カルシウムチャネルの活動に依存して発現するserine protease inhibitorであり、tissue-type plasminogen activatorを阻害する分子と④メタロプロテアーゼに属する分子のシナプス刈り込みにおける役割を調べた。③と④のいずれの分子のノックダウンでも、登上線維シナプス刈り込みに異常がみられた。③のノックダウンでは、生後12日で既に異常がみられ、シナプス刈り込みのearly phaseに異常があることが示唆された。◆1型代謝型グルタミン酸受容体(mGluR1)を野生型マウスのプルキンエ細胞においてノックダウンすると、シナプス刈り込みの顕著な障害が起きるが、脳由来神経栄養因子(BDNF)のプルキンエ細胞特異的ノックアウトマウスのプルキンエ細胞においてmGluR1をノックダウンしても、シナプス刈り込み異常の程度に変化はなかった。したがって、mGluR1とBDNFは共通の機構を通じて登上線維シナプス刈り込みに関わると結論した。◆また同様の方法により、granulinのプルキンエ細胞特異的ノックアウトマウスの生後2週目におけるシナプス刈り込みの促進は、Sema3Aノックダウンによるシナプス刈り込み促進とは別の機構を介することを明らかにした。◆登上線維にカルシウム指示蛋白質yellow cameleon-Nano 50を発現するマウスの小脳において、in vivoで多数の登上線維の活動を2光子顕微鏡により計測し、生後発達に伴って登上線維応答の同期性が低下することを明らかにした。◆大阪大学の木村らとの連携により、発達期の大脳体性感覚野において、視床から2/3層へのシナプスの長期抑圧と4層から2/3層へのシナプスの長期抑圧に内因性カンナビノイドの2-アラキドノイルグリセロールが必須であることを明らかにした。
|
Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初平成28年度までに計画した研究内容については順調に達成し、ほぼ満足できる結果を得られた。「1. プルキンエ細胞発現分子の網羅的スクリーニングと候補分子の絞り込み」及び「2. プルキンエ細胞に存在する候補分子のin vivo実験系による解析」では、平成28年度までに264個のスクリーニングを終了した。スクリーニングは、ほぼプルキンエ細胞に強い発現を示すものから順番に行っており、一般的に発現レベルの低いものはpositiveな結果が得られる見込みが低いので、これでスクリーニングを実質的に完了したと考えることができる。このうちから、既に18種類の遺伝子がシナプス刈り込みに関わる逆行性シグナルの候補として絞り込まれ、これらの詳しい解析を進めている。「3. 登上線維に発現する分子の解析」においては、プルキンエ細胞側からのシグナルの受容体の候補を登上線維側でノックダウンし、機能的に同定することを継続している。成果発表に関しては、平成25年度以来、登上線維シナプス刈り込みに関して、Science誌をはじめとして既に12報の原著論文を発表しており、現在、11編を投稿中または投稿準備中である。現在解析中のその他の遺伝子についても解析終了とともに論文発表していく予定である。上記以外の研究項目については、in vivoでの小脳プルキンエ細胞の集団活動計測など、技術的に困難な点があったが、現在はほぼ問題を克服して、概ね当初の予定どおりに進行している。以上から、全体としてみれば、当初の計画以上に進展していると考えることができる。 また、本研究を遂行する過程で、精神神経疾患の病態生理の研究への発展、in vivoにおける小脳神経回路の機能解明への新たな展開、視床におけるシナプス刈り込み・機能成熟の分子メカニズム研究への展開など、新たな研究の発展がみられている点も重要であり、いずれも今後の発展が大いに期待できる。以上まとめると、本研究は当初目標を超える研究の進展があり、予定以上の成果が見込まれると自己評価する。
|
Strategy for Future Research Activity |
平成25年度から28年度までの4年間の成果を踏まえ、以下の方策のもとに研究を推進する。 1. 平成28年度までに絞り込まれた候補遺伝子について、引き続いて詳しい電気生理学的解析を行う。また、シナプス刈り込みに関与する分子に関して、in situ hybridizationや免疫染色による発現解析を行う。(狩野担当)。既存のノックアウトマウスの解析を継続する(橋本担当)。これまでに崎村が新たに作製した候補遺伝子のノックアウトマウスについて、シナプス刈り込みについての解析を行う(狩野、橋本担当)。形態学的解析は、渡辺(北海道大)と連携して進める。 2. 登上線維に存在する候補分子のシナプス刈り込みへの関与の解析 : プルキンエ細胞からの逆行性シグナル候補分子と相互作用することが予測される候補分子を中心に、下オリーブ核においてノックダウンし、発達期の登上線維シナプスに与える影響を電気生理学的に解析する。(狩野担当)。既存のノックアウトマウスを解析するとともに(橋本担当)、これまでに崎村が新たに作製したノックアウトマウスの解析を行う(狩野、橋本担当)。形態学的解析は、渡辺(北海道大)と連携して進める。 3. バーグマングリアに発現する候補分子の登上線維シナプス刈り込みへの関与の解析 : バーグマングリアに発現する候補分子のノックアウトマウスの解析を行う(狩野、橋本担当)。形態学的解析は、渡辺(北海道大)と連携して進める。 4. 登上線維の挙動のリアルタイム解析 : 下オリーブ核にCa^<2+>indicatorのGCaMPを発現させ、2光子顕微鏡によりin vivoで登上線維の活動によるCa^<2+>シグナルと登上線維の挙動のリアルタイム観察を、喜多村(山梨大)と連携して進める(狩野担当)。 5. 小脳神経回路の動作の解析 : 登上線維シナプス刈り込みに異常があるノックダウンまたはノックアウトマウスにおいて、プルキンエ細胞集団のin vivo Ca^<2+>imagingにより登上線維活動の時空間パターンを計測し、刈り込み異常がin vivoの神経回路機能に影響するかを喜多村(山梨大)と連携して調べる。形態学的解析は、渡辺(北海道大)と連携して進める。 6. 大脳体性感覚野野の解析 : シナプス刈り込みや機能発達に関わる可能性の高い分子のうち、代表的なものを大脳バレル皮質または前頭皮質においてノックダウンし、シナプス機能と発達に果たす影響をスライス標本で調べる(狩野担当)。 7. 内因性カンナビノイドによる逆行性シナプス伝達の機能的神経回路形成における役割 : 2-AGの合成酵素DGLαとCB_1のノックアウトマウスを中心に、内因性カンナビノイド系がシナプス伝達と機能的神経回路発達に果たす役割を、海馬、大脳バレル皮質(大阪大・木村、埼玉医大・伊丹と連携)、大脳視覚野(鳥取大・畠と連携)において解析する(狩野、少作担当)。形態学的解析は、渡辺(北海道大)と連携して進める。
|
Research Products
(60 results)
-
-
-
-
[Journal Article] SCN5A (K817E), a novel Brugada syndrome-associated mutation that alters the activation gating of NaV1.5 channel.2016
Author(s)
Kinoshita K, Takahashi H, Hata Y, Nishide K, Kato M, Fujita H, Yoshida S, Murai K, Mizumaki K, Nishida K, Yamaguchi Y, Kano M, Tabata T, Nishida N
-
Journal Title
Heart Rhythm
Volume: 13
Pages: 1113-1120
DOI
Peer Reviewed
-
[Journal Article] Transsynaptic Modulation of Kainate Receptor Functions by Clq-like Proteins.2016
Author(s)
Matsuda K, Budisantoso T, Mitakidis N, Sugaya Y, Miura E, Kakegawa W, Yamasaki M, Konno K, Uchigashima M, Abe M, Watanabe I, Kano M, Watanabe M, Sakimura K, Radu Aricescu A, Yuzaki M
-
Journal Title
Neuron
Volume: 90
Pages: 752-767
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
[Journal Article] The metabotropic glutamate receptor subtype 1 mediates experience-dependent maintenance of mature synaptic connectivity in the visual thalamus.2016
Author(s)
Narushima M, Uchigashima M, Yagasaki Y, Harada T, Nagumo Y, Uesaka N, Hashimoto K, Aiba A, Watanabe M, Miyata M, Kano M
-
Journal Title
Neuron
Volume: 91
Pages: 1097-1109
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Tt119-/- mice sperm flagella show shortening of doublet 7, reduction of doublet 5 polyglutamylation and a stall in beating.2016
Author(s)
Konno A, Ikegami K, Konishi Y, Yang HJ, Abe M, Yamazaki M, Sakimura K, Yao I, Shiba K, Inaba K, Setou M
-
Journal Title
J Cell Sci.
Volume: 129
Issue: 14
Pages: 2757-66
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] Claspin recruits Cdc7 kinase for initiation of DNA replication in human cells.2016
Author(s)
Yang CC, Suzuki M, Yamakawa S, Uno S, Ishii A, Yamazaki S, Fukatsu R, Fujisawa R, Sakimura K, Tsurimoto T, Masai H.
-
Journal Title
Nat Commun.
Volume: 7
Pages: 12,135
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] SAD-B Phosphorylation of CAST Controls Active Zone Vesicle Recycling for Synaptic Depression.2016
Author(s)
Mochida S, Hida Y, Tanifuji S, Hagiwara A, Hamada S, Abe M, Ma H, Yasumura M, Kitajima I, Sakimura K, Ohtsuka T.
-
Journal Title
Cell Rep.
Volume: 16
Issue: 11
Pages: 2901-13
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
[Journal Article] Characterization of novel dystonia musculorum mutant mice : Implications for central nervous system abnormality.2016
Author(s)
Horie M, Mekada K, Sano H, Kikkawa Y, Chiken S, Someya T, Saito K, Hossain MI, Nameta M, Abe K, Sakimura K, Ono K, Nambu A, Yoshiki A, Takebayashi H.
-
Journal Title
Neurobiol Dis.
Volume: 96
Pages: 271-283
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] Involvement of Brain-Enriched Guanylate Kinase-Associated Protein (BEGAIN) in Chronic Pain after Peripheral Nerve Injury.2016
Author(s)
Katano T, Fukuda M, Furue H, Yamazaki M, Abe M, Watanabe M, Nishida K, Yao I, Yamada A, Hata Y, Okumura N, Nakazawa T, Yamamoto T, Sakimura K, Takao T, Ito S.
-
Journal Title
eNeuro.
Volume: 3
Issue: 5
Pages: e0110-16. 2016, 1-18
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] Forward-genetics analysis of sleep in randomly mutagenized mice.2016
Author(s)
Funato H, Miyoshi C, Fujiyama T, Kanda T, Sato M, Wang Z, Ma J, Nakane S, Tomita J, Ikkyu A, Kakizaki M, Hotta-Hirashima N, Kanno S, Komiya H, Asano F, Honda T, Kim SJ, Harano K, Muramoto H, Yonezawa T, Mizuno S, Miyazaki S, Connor L, Kumar V, Miura I, Suzuki T, Watanabe A, Abe M, Sugiyama F, Takahashi S, Sakimura K, Hayashi Y, Liu Q, Kume K, Wakana S, Takahashi JS, Yanagisawa M.
-
Journal Title
Nature.
Volume: 36
Issue: 46
Pages: 378-383
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
[Journal Article] CAPS1 RNA Editing Promotes Dense Core Vesicle Exocytosis.2016
Author(s)
Miyake K, Ohta T, Nakayama H, Doe N, Terao Y, Oiki E, Nagatomo I, Yamashita Y, Abe T, Nishikura K, Kumanogoh A, Hashimoto K, Kawahara Y.
-
Journal Title
Cell Reports
Volume: 17
Pages: 2004-2014
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Distribution of cortictropin-releasing factor neurons in the mouse brain : a study using cortisotropin-releasing factor modified yellow fluorescent protein knock-in mouse2016
Author(s)
K. Itoi, J. Kono, K. Konno, A. H. Talukder, T. Fuse, K. Uchida, S. Yamagata, S. Horio, M. Abe, M. Watanabe, K. Sakimura
Organizer
The 46th Annual Meeting of the Society for Neuroscience (Neuroscience2016)
Place of Presentation
SanDeigo(アメリカ)
Year and Date
2016-11-12
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Mapping of coticortropin-releasing factoe neurons in mouse brain : a study using a modified yellow flourescent protein knock-in mouse2016
Author(s)
Keiichi Itoi, Junko Kono, Kotaro Konno, Talukder H. Ashraf, Katsuya Uchida, Toshimitsu Fuse, Manabu Abe, Rie Natsume, Shuhei Horio, Kenji Sakimura, Masahiko Watanabe
Organizer
第39回日本神経科学大会
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
Year and Date
2016-07-20
-
-
-
-
[Presentation] GluN3A colocalizes with KV4.3 at non-synaptic climbing fiber-interneuron junctions in the cerebellum2016
Author(s)
Xiaohong Song, Masahiro Fukaya, Miwako Yamasaki, Motokazu Uchigashima, Kohtaro Konno, Taisuke Miyazaki, Keiko Matsuda, Chihiro Nakamoto, Isabel Perez-Otano, Michisuke Yuzaki, Kenji Sakimura, Masahiko Watanabe
Organizer
第39回日本神経科学大会
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
Year and Date
2016-07-20
-
[Presentation] A mutation in CACNA1G causes autosomal dominant spinocerebellar ataxia.2016
Author(s)
Morino H, Matsuda Y, Muguruma K, Miyamoto R, Ohsawa R, Ohtake T, Otobe R, Watanabe M, Maruyama H, Hashimoto K, Kawakami H.
Organizer
第39回日本神経科学大会
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
Year and Date
2016-07-20
-
-