【研究領域課題番号】18K18362 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / マイクロ加工 / パターニング / iPS細胞 / 細胞移動 / 神経細胞

【研究成果の概要】

大脳皮質様の構造を培養皿の中で再現するための基盤技術の開発に取り組み，神経細胞の移動制御において重要な神経幹細胞の突起の伸長方向をコントロールするための技術，および神経細胞に対して対象とした部位に選択的に液性の因子を作用するための技術を開発した．これらの技術は，今後大脳皮質モデルの開発に重要な役割を果たすことが期待される．

【研究の社会的意義】

本研究で開発した手法は，神経細胞の移動方向において重要な，神経幹細胞の突起構造の位置を制御するための技術である．本後術は，今後大脳皮質構造を培養皿の中で再現していく際の基盤技術となりえる．大脳皮質のモデル化は，正常／異常な神経発生が起こる原因の解明に向けた重要な研究であり，基礎分野のみならず，疾患の治療法開発や創薬という実社会への貢献にもつながる点で意義が大きい．

【研究種目】若手研究

【研究期間】2018-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】17650109 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / 神経細胞移動 / AMPA受容体 / 抑制性神経細胞 / 発生分化 / 細胞移動 / マイクロアレイ / 神経細胞 / 基底核原基 / 尾側細胞移動経路 / 海馬

【研究成果の概要】

大脳皮質神経細胞には興奮性神経細胞(グルタミン酸作動性)と抑制性神経細胞とがあり、前者は皮質内の脳室面近くで産生され放射状に移動するのに対し、後者は腹側の基底核原基で産生され脳表面に平行(接線方向)に移動して皮質内に進入することが知られている。皮質内で両者がバランス良く配置されることが機能的神経回路網を構築するためには必須であるが、細胞移動過程における両者の関係は殆どわかっていない。本研究では、接線方向に移動する抑制性神経細胞がグルタミン酸受容体の一種であるAMPA受容体を発現するため、その機能的意義を明らかにすることにより、抑制性神経細胞の移動に対する興奮性神経細胞の影響を検討することを目指した。まず、抑制性神経細胞の主な起源である内側基底核原基(MGE)に電気穿孔法によりDsRed発現ベクターを導入し、移動抑制性細胞を蛍光標識して、大脳のスライス培養を行った。タイムラプス観察をしながらAMPAを添加したところ、容量依存的に移動を停止したり移動の方向を変化させる細胞が観察された。それに対し、まだ皮質下を移動中のMGE由来細胞の挙動や、皮質内を放射状に移動する細胞の挙動については、AMPA添加による影響は認められなかった。次に、AMPA受容体サブユニットであるGluRlのdominant negative体を移動抑制性細胞に導入したところ、AMPAによる影響は消失した。以上の結果は、グルタミン酸がAMPA受容体を介して移動抑制性細胞の皮質内での移動を制御している可能性を示唆する。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】16200027 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / 神経細胞移動 / 脳室下帯 / 辺縁帯 / 脳室帯 / 遺伝子発現 / 多極性移動 / 発生・分化 / 神経細胞 / 細胞移動 / 子宮内胎児脳電気穿孔法 / 樹状突起 / 中間帯 / 電気穿孔法 / 層形成 / 皮質板 / 大脳皮質発生 / ジーンチップ

【研究成果の概要】

発生中の大脳皮質において、脳室帯で誕生した神経細胞は、その多くが移動開始後に多極性移動細胞に変化し、その後中間帯で再度ロコモーション細胞に変化してから皮質板に入ることを、スライス培養下のみならずin vivoにおいても見いだした。その後は、辺縁帯直下へと移動した後、誕生時期をほぼ共通にする細胞同士が集合して、脳表面に平行な6層からなる多層構造(皮質板)を形成する。移動を終えつつある細胞は辺縁帯直下で約24時間の長きにわたって停滞し、先導突起を変化させて著明な樹状突起を分化成熟させること、同時期に誕生した神経細胞同士が凝集して層構造を形成していくこと等、様々な現象を一斉に示すことを見いだした。そこで、移動過程における細胞挙動制御に特に着目し、それに関わる遺伝子群の候補を各部位において網羅的に検索した。その結果、脳室帯については時期依存的に発現を変動させる遺伝子約4,000個(うち分泌シグナルまたは膜貫通領域を有する分子が659個)を同定し、発現プロファイルにより9様式に分類した。脳室下帯と中間帯については約20遺伝子、辺縁帯直下については約40遺伝子を同定した。以上により、各部位で共通の発現変動を示す分子群が予想外に多いことを見いだした。それらのうちいくつかの分子の機能解析を本研究では行ったが、それに加え、それらの転写の増減が独立して制御され偶然同調するとは考えにくいため、今後は、これら多くの遺伝子がほぼ同調して発現を変動させるメカニズムを明らかにしていきたい。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】40,040千円 (直接経費: 30,800千円、間接経費: 9,240千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】04454159 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

L1蛋白 / 免疫グロブリンスーパーファミリー / 細胞接着能 / 神経細胞の突起伸展 / 細胞移動 / シュワン細胞 / 遺伝性ニューロパチー / PO蛋白 / L1 / PO / 細胞接着 / 神経細胞 / ミエリン / Charcot-Marie-Tooth病 / アイソフォーム / モノクローナル抗体 / サブプレート / 神経突起伸展 / P0 / 接着性蛋白

【研究成果の概要】

L1蛋白は神経組織に特異的に発現する高分子の免疫グロブリンスーパーファミリーに属する膜糖蛋白であり、L1遺伝子の変異により脳の形成や知能発育に異常の起こることが示されている。私達はL1および関連蛋白の構造と機能の研究を行ない、以下のような成果を得た。
1)L1cDNAを培養L細胞へ導入し、L1を発現する細胞系を確立した。L1発現細胞はホモフィリックな細胞接着能を示し、その結果、カルシウムチャネルが開口し、細胞内カルシウム濃度が上昇することが明らかとなった。L1発現細胞は小脳神経細胞の再凝集塊と共培養した場合、神経細胞の突起伸展、成長円錐の発達および神経細胞の遊離移動を促進した。L1による神経細胞移動能はNCAM,フィブロネクチンと比較して顕著であった。
2)分子量20万の完全型L1は神経細胞に選択的に発現することが知られているが、短い2エキソンを欠損したL1アイソフォームが別に存在し、シュワン細胞などの非神経細胞に発現しており、短型L1は完全型と比較して細胞移動促進活性が弱く、リン酸化部位の欠損がその原因である可能性が示された。
3)分子量20万のL1蛋白が分解されて、分子量8万分子が産生されると、接着阻害活性を示す可能性が明らかにされ、発育過程に機能変化することが示唆された。
4)PO蛋白はホモフィリックな細胞接着能および神経突起伸展の促進作用を示すが、それぞれの活性部位が異なることを明らかにした。ヒトPOcDNAのクローニングを行ない、アミノ酸配列を推定し、その遺伝子が1番染色体上のq22-23に存在することおよび遺伝性ニューロパチーのCharcot-Marie-Tooth病1Bの家系でPO遺伝子に点変異のあることを明らかにした。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1992 - 1994

【配分額】6,500千円 (直接経費: 6,500千円)