染色体高次構造の変換による多様な神経細胞の産生

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Neural Diversity and Neocortical Organization
• Project/Area Number: 25123711
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 平山 晃斉 大阪大学, 生命機能研究科, 特任助教(常勤) (40437398)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: CTCF / 大脳新皮質

Research Abstract

DNA結合タンパク質であるCTCFは、ループ構造といったクロマチン高次構造の形成に関与し、遺伝子発現を制御すると考えられている。大脳新皮質の形成過程におけるCTCFの役割を解析するため、Nestin-Creマウスを用いて神経幹細胞特異的にCTCFを欠損させたマウスを作製した。解析の結果、大脳新皮質をはじめ、様々な領域で神経細胞死が生じることが分かった。CTCFが神経幹細胞から神経細胞への分化過程で重要な働きを担っていることを示唆する。そこで、より大脳新皮質構造形成に限局してCTCFの役割を解析するため、終脳領域の神経幹細胞でのみCTCFを欠損させたマウス（CTCF cKO）を作製した。CTCF cKOマウスは、生後１日以内に死亡した。大脳が非常に小さく、Nestin-Creマウスを用いてCTCFを欠損させた場合と同様に神経細胞死が起きていることが分かった。神経細胞の分化マーカーを用いて解析したところ、CTCFが欠損した神経幹細胞からも一部は神経細胞へ分化していることが示唆された。
次に、CTCFが欠損した神経幹細胞から構築される大脳新皮質を解析する目的で、CTCF cKOマウスをp53欠損マウスと交配して、CTCF欠損による神経細胞死が起きないマウス（CTCF cKO; p53 -/-）の作製をおこなった。CTCF cKO; p53 -/-マウスは、CTCF cKOマウスと同様に生後１日以内に死亡するが、大脳の大きさはCTCF cKOマウスと野生型マウスの中間型を示した。現在、CTCF cKO; p53 -/-マウスを用いて、CTCFを欠損した神経幹細胞からどのような神経細胞が生じるのかの解析を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

CTCFが神経幹細胞から神経細胞への分化に重要であることを見出した。一方、神経幹細胞でCTCFを欠損させると大量の神経細胞死が生じるので、解析できることに限界があった。そこで、細胞死を引き起こすシグナルに重要なp53を欠損したマウスと交配させ細胞死を生じにくくすることで、CTCFを欠損した神経幹細胞からどのような神経細胞が生じるのかの解析を進めることを可能とした。

Strategy for Future Research Activity

CTCF cKO; p53 -/-マウスを用いて、CTCFを欠損した神経幹細胞からどのような神経細胞を産生することができるのかの詳細な解析をおこなう。また、CTCFの制御下にある遺伝子群を調べるため、CTCF cKO; p53 -/-マウス大脳新皮質を用いて遺伝子発現解析をおこないたい。

Research Products

• [Journal Article] Developmental epigenetic modification regulates stochastic expression of clustered Protocadherin genes, generating single neuron diversity (2014)
  • Author(s): Toyoda S, Kawaguchi M, Kobayashi T, Tarusawa E, Toyama T, Okano M, Oda M, Nakauchi H, Yoshimura Y, Makoto S, Hirabayashi M, Hirayama T, Hirabayashi T, Yagi T.
  • Journal Title: Neuron Volume: 82 Pages: 94-108
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2014.02.005.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Clustered Protocadherins and Neuronal Diversity (2013)
  • Author(s): Hirayama T and Yagi T
  • Journal Title: Progress in Molecular Biology and Translational Science Volume: 116 Pages: 145-167
  • DOI: 10.1016/B978-0-12-394311-8.00007-8.
• [Presentation] Behavior analysis of CTCF-deficient mice specifically in Purkinje cell（プルキンエ細胞特異的CTCF減少マウスの行動解析） (2013)
  • Author(s): 角岡佑紀、平山晃斉、崎村建司、八木健
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 20131203-20131206
• [Presentation] CTCF is required for the refinement of somatosensory maps and stochastic expression of clustered Pcdh genes in neurons (2013)
  • Author(s): Hirayama T, Tarusawa E, Yoshimura Y, Galjart N, Yagi T.
  • Organizer: EMBO meeting 2013
  • Place of Presentation: amsterdam (Netherlands)
  • Year and Date: 20130921-20130924
• [Presentation] DNAポリメラーゼβの神経前駆体細胞における作用が大脳皮質における神経細胞分化に必要である (2013)
  • Author(s): 大西公平、菅生紀之、豊田峻輔、平山晃斉、八木 健、山本亘彦
  • Organizer: 第３６回日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20130620-20130623
• [Presentation] Dnmt3b依存的なDNAメチル化は単一神経細胞におけるクラスター型プロトカドヘリン遺伝子群の確率的発現と樹状突起の自己忌避を制御する (2013)
  • Author(s): 豊田 峻輔、川口 将史、小林 俊寛、足澤 悦子、遠山 知子、岡野 正樹、 小田 昌朗、中内 啓光、吉村 由美子、三宝 誠、平林 真澄、平山 晃斉、 平林 敬浩、八木 健
  • Organizer: 第３６回日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20130620-20130623
• [Presentation] CTCFによる神経細胞の多様化と神経回路形成 (2013)
  • Author(s): 平山晃斉、足澤悦子、吉村由美子、Galjart N、八木健
  • Organizer: 第７回日本エピジェネティック研究会年会
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 20130530-20130531