【研究領域課題番号】21K06387 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経幹細胞 / 自閉症 / 大脳 / 発生・分化 / 前頭前皮質 / 脳・神経

【研究成果の概要】

自閉症の発症メカニズムの多くは解明されていない。これまでの報告から、自閉症児において脳の局所肥大が観察されている。また、肥大のパターンから将来自閉症を発症するか予測できる可能性も示唆されている。さらに、近年のモデル動物を用いた研究から、複数の自閉症ハイリスク遺伝子欠損動物に共通した表現型として脳サイズ制御の破綻が観察されている。しかし、自閉症においてみられる局所脳肥大を担うメカニズムは殆ど不明であり、肥大が自閉症症状の原因なのかは明らかではない。本研究では、独自に開発した脳局所肥大型の自閉症モデルマウスを用いて、脳サイズ制御破綻の引き金となるメカニズムを明らかにし、自閉症発症との関連を調べることを目指して研究を行なった。
これまでの予備的な研究結果から、脳局所肥大には神経幹細胞の増殖・分化状態の変化が関与する可能性が示唆されていた。そこで、脳局所肥大型自閉症モデルマウスにおいてどのような分子的異常が神経幹細胞の増殖・分化状態を変化させるのか検討した。その結果、将来肥大する領域の神経幹細胞において野生型に比べて有意に発現変動する因子が複数見出された。今後は、これらの発現変動因子が実際に脳肥大や自閉症関連行動に関与するのかを調べる予定である。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】18K06477 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 自閉症 / 大脳新皮質 / 前頭前野 / 大脳 / 大脳領野

【研究成果の概要】

自閉症の発症メカニズムの多くは解明されていない。これまでに、自閉症児において大脳の局所領域が一過的に肥大することが報告されている。しかし、局所肥大を担うメカニズムは殆ど不明である。そこで本研究では、局所肥大を起こすメカニズムを明らかにすることを目指した。独自に開発した脳局所肥大モデルマウスの解析を行った結果、胎生期の異常が脳肥大や自閉症様行動の原因となっている可能性を示唆する結果が得られた。また、肥大領域において興奮性ニューロンと抑制性ニューロンの神経活動のバランスに異常が見られることが明らかとなった。さらに、肥大マウスにおける胎生早期の大脳領域特異的な遺伝子発現の異常を明らかにした。

【研究の社会的意義】

本研究により、脳局所肥大モデルマウスにおいて興奮性ニューロンと抑制性ニューロンの活動バランス（E/Iバランス）の異常が見られた。E/Iバランスの異常は自閉症患者においても観察されており、肥大が原因となって活動異常が起こっている可能性が示唆された。また、脳局所肥大を伴う自閉症の発症メカニズムの一旦として、胎生期の局所的遺伝子変化が重要な役割を果たす可能性が示唆された。これまでの研究では、生後の自閉症症状を担う分子メカニズムが主に解析されてきたが、本研究により胎生期の異常が重要であるという可能性が新たに考えられた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】生物分子化学

【研究領域課題番号】17H06112 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

セレブロン(CRBN) / サリドマイド / CRBN作動薬 / 脳発生 / iPS細胞 / 神経幹細胞 / ゼブラフィッシュ / CRBN / セレブロン / サリドマイド誘導体 / ヒトiPS細胞 / 脳発達 / ヒト型ゼブラフィッシュ / 活性発現の分子機構 / 活性発現の分子構造 / 脳・神経 / 発生・分化 / 再生医学 / 生体分子 / 薬学

【研究成果の概要】

サリドマイドの標的因子セレブロン(CRBN)が、発生過程における脳の神経幹細胞の増殖・分化に重要な役割を担うことを明らかにし、CRBNの新規基質として、四肢や耳のサリドマイド催奇形性を司るp63を新たに同定した。神経幹細胞を増殖させるCRBN作動薬を探索するため、サリドマイド誘導体にフッ素やヘテロ官能基を導入した100種以上の新規化合物の合成に成功し、ゼブラフィッシュおよびヒトiPS細胞由来の神経幹細胞を用いて、増殖亢進活性の高い新規CRBN作動薬を同定することに成功した。CRBN作動薬の薬効に関わる制御因子や新規基質タンパク質を同定し、新規CRBN作動薬の臨床応用に向けた段階に発展している。

【研究の社会的意義】

サリドマイドとCRBNによる脳発生と四肢催奇形性の分子機構を明らかにしたことで、サリドマイドの副作用を抑えた新薬の開発が可能となった。また、様々なサリドマイド誘導体の合成に成功し、ゼブラフィッシュおよびヒトiPS細胞を用いた活性の評価系を確立して神経幹細胞の増殖亢進活性の高い候補化合物4種を見出すことに成功したことで、分子構造から創薬を考えるアプローチが極めて有効なことが明らかになった。また、CRBN作動薬の制御因子や新規基質を同定し、得られた候補化合物が、ヒト神経幹細胞の増殖・分化を制御する脳神経疾患の新たな治療薬として、応用展開が可能であることが示された。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2017-05-31 - 2020-03-31

【配分額】181,090千円 (直接経費: 139,300千円、間接経費: 41,790千円)

【研究分野】小児科学

【研究領域課題番号】17K10083 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ダイレクトリプログラミング / iN / エピゲノム / 神経疾患 / 末梢血細胞 / 直接誘導 / iPS細胞 / 神経科学 / 脳神経疾患 / 発生・分化 / 脳・神経

【研究成果の概要】

本研究から、末梢血単核球からセンダイウイルスを用いて効率よく神経細胞への分化転換をさせる技術を構築した。これまでの報告に比べて、迅速かつ生存効率の高い方法である。本法では既存法と同様にグルタミン酸作動性神経細胞が主要素として産生されてくるものの、GABA作動性や、ドパミン作動性神経細胞も産生されてくることが分かった。このことから、迅速な技術の上に、今後、分化指向性を調整することで選択的な神経サブタイプを作りだすことが可能になると考えられる。また、本培養技術で産生された細胞のキャラクターを知るためのハイコンテンツセルイメージャーや1細胞RNAシーケンスを組み合わせる技術も構築できた。

【研究の社会的意義】

本研究を通して末梢血細胞からiPS細胞を介することのない、極めて迅速な神経分化転換技術（ダイレクトリプログラミング）のプラットフォームができ、その詳細な性質も把握できるようになった。さらに、iPS細胞からの分化誘導時と導入している因子がほぼ同じであるにもかかわらず血球細胞からの分化転換ではより多岐のサブタイプの神経細胞が産生されている。これは細胞個々がもつエピジェネティック情報を完全にリプログラミングしていないことも大きな理由の一つであると予想される。そのため、これまで困難であったエピジェネティックに関与する疾患の病態評価や治療法開発に向けて、新しく機能的実験系を提唱できたと考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】16K14567 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 発生・分化 / 細胞死

【研究成果の概要】

マウスの全大脳半球培養の際に大量の神経細胞死が生じることを確認し、ある特定の培地成分の有無によって神経細胞死が大きく影響を受けることを発見した。この成分が神経細胞死を誘導する機構を検討し、分子的機序の一部を明らかにした。さらに、この成分による神経細胞死誘導を阻害できる薬剤を見出した。
また、マウス胎生期に一過的に虚血にして神経細胞死等を誘導した際に発現が変動する分子群を同定し、変化の大きいシグナル経路を同定した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】16H06729 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 自閉症 / 大脳新皮質 / 大脳領野

【研究成果の概要】

自閉症の発症早期に見られる解剖学的な異常として、大脳の前方領域が肥大化することが知られている。前方領域は言語機能や社会的行動の調節などを担う領域であり、大脳前方肥大化が自閉症発症に関与する可能性が十分に考えられるが、その関連は明らかになっていない。本研究により、大脳前方肥大と自閉症発症にFgfシグナルが関与する可能性が示唆された。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2016-08-26 - 2018-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】15H02355 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / 発生・分化 / 層構造 / 神経科学 / 脳・神経

【研究成果の概要】

大脳皮質の興奮性神経細胞は脳室面近くで産生されたのち放射状に移動し、脳表面に平行な多層構造を作る。この層構造は、移動終点にある細胞から分泌されるリーリン分子が欠損すると全体として逆転するが、リーリンの作用機序はよくわかっていなかった。本研究では、リーリンが神経細胞に直接作用して、N-カドヘリン依存的な相互接着を一過的に促進することを見出し、確かに正常脳では脳表面直下に細胞が縦に並んだクラスターが形成されることを示した。

【研究の社会的意義】

大脳皮質は進化の最高傑作とも言われ、様々な高次脳機能を担っている。統合失調症など様々な精神神経疾患で、発生過程に微細な異常が生じることが生後の発症リスクを高める可能性が示唆され、注目されている。本研究でその大脳皮質発生過程における機能の一端を明らかにしたリーリンは、ゲノム解析などで統合失調症などとの関連が強く示唆されている分子でもあり、それら疾患の発症機序解明にも資する可能性が考えられる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】42,770千円 (直接経費: 32,900千円、間接経費: 9,870千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】15H02370 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 遺伝子 / 遺伝学 / 神経科学 / 発生・分化 / ゼブラフィッシュ / 遺伝子トラップ / 脳・神経 / 器官形成

【研究成果の概要】

（１）遺伝子トラップスクリーンを実施し、さまざまな細胞・組織・器官特異的にGal4FFを発現するトランスジェニックフィッシュを多数作製した。これらの系統におけるトランスポソン挿入部位を決定した。
（２）細胞・組織・器官特異的Gal4FF発現トランスジェニックフィッシュを基に共同研究を実施し研究成果を英文論文40報として発表した。
（３）ボツリヌス毒素遺伝子を用いてGal4FF発現神経細胞の機能を効率良く阻害するシステムの開発に成功した。カルシウムイメージングを行い、エサなどの視覚刺激が食欲の中枢である視床下部下葉を活性化する神経回路を発見した。恐怖条件付け学習に必須な終脳の神経回路を同定した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】42,900千円 (直接経費: 33,000千円、間接経費: 9,900千円)

【研究分野】発生生物学

【研究領域課題番号】26291047 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経遺伝学 / ショウジョウバエ / 軸索投射 / 受容体型膜タンパク質 / 軸索間相互作用 / 神経生物学 / 神経回路形成 / カドヘリン / リガンド・受容体 / 視神経系 / 発生・分化 / 神経科学 / シグナル伝達 / 脳・神経 / 遺伝子 / 発生生物学 / 軸索誘導 / 視覚神経系

【研究成果の概要】

Fmiの機能解析をサナギ初期において初めて行ったところ、Fmiはフィロポーディアの形成と伸長を促進する機能を持っていることがわかり、Gogoはこれを抑制する機能を持っていることが分かった。このGogoの機能が、サナギ初期でR8軸索どうしが距離を一定に保つことにつながっている。サナギの後半でGogoの発現が弱くなると、Fmiのフィロポーディア伸長のスイッチが入り、R8がM3に到達することになる。これは、軸索どうしの一定間隔の維持に、フィロポーディアの活動を抑制するというGogoの機能が深く関係していることを示唆している。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】24500394 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / ニューロン / 分化 / 遺伝子発現 / 大脳新皮質 / 発生・分化 / 脳・神経 / 神経科学 / 転写因子

【研究成果の概要】

知覚や随意運動などの高次の機能を担う大脳の新皮質は、発生の過程で神経幹細胞が経時的に異なるニューロンを生み出すことで６層の構造を形成する。本研究では大脳皮質の形成原理を理解するために、神経幹細胞からニューロンへの分化の過程で作動する遺伝子プログラムに焦点をあて、層特異的なニューロンの分化機構について解析を行った。まずマウスの大脳皮質において各層の神経前駆細胞に発現する遺伝子群を網羅的に同定し、これら遺伝子のニューロンの分化における機能について検証した。一連の解析により、大脳皮質の神経回路形成における層特異的遺伝子プログラムを介した樹状突起のパターニングおよび配置決定機構について明らかにした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】24650202 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 発生・分化 / 細胞分化

【研究成果の概要】

マウス胎仔由来の大脳皮質抑制性神経細胞前駆細胞、すなわち内側基底核原基の細胞を、出生直後の大脳皮質前部または後部の細胞と混合して共培養する実験を行った。その結果、大脳皮質前部の細胞と共培養すると、後部の細胞と共培養したときに比べてソマトスタチン陽性の抑制性神経細胞が有意に多く分化してくることが見いだされた。そこで次に、セルカルチャーインサートによって大脳皮質細胞と内側基底核原基細胞を隔てた状態で共培養を行った。その結果、大脳皮質前部の効果は分泌性因子による可能性が示唆された。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】22240041 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / 発生・分化 / 細胞移動 / 神経科学 / 脳・神経

【研究成果の概要】

哺乳類特有の脳構造である大脳皮質脳室下帯／多極性細胞蓄積帯MAZにおいて、それを構成する細胞の産生様式を制御する分子の検索を行い、機能解析や比較ゲノム解析の結果、重要な候補分子を見いだした。さらに、MAZの多極性移動神経細胞に発現する受容体とその内在性リガンドを複数同定するとともに、多極性移動神経細胞の特徴的な動態がPI(3,4)P2-ラメリポディン-Ena/VASP-アクチン系によって制御されることを見いだした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31

【配分額】49,660千円 (直接経費: 38,200千円、間接経費: 11,460千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】21650078 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / 発生・分化 / 神経科学 / 脳・神経 / 細胞移動

【研究成果の概要】

高度な知能・精神活動などを担う大脳新皮質を、哺乳類が進化において獲得した仕組みの一端を示した。すなわち、他の神経細胞の活動を抑制する働きをする「抑制性神経細胞」と呼ばれる細胞の移動能が、哺乳類で新皮質内に進入できるように変化したことが鍵を握ることを発見した。大脳新皮質の抑制性神経細胞は、統合失調症などの精神疾患と関連する可能性が近年注目されており、ヒトが高度な脳機能を獲得した仕組みの解明につながる可能性がある。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 300千円)

【研究分野】発生生物学

【研究領域課題番号】21870010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 神経幹細胞 / 幹細胞ニッチ / Notch

【研究成果の概要】

近年、成体における神経幹細胞の存在が明らかになり再生医療への応用といった点からもその運命制御の研究が活発に行われている。神経幹細胞は成体脳において脳室下帯や海馬歯状回といった限局した領域にのみ存在することから未分化維持ニッチの存在が想定されているがその実体は殆ど不明である。本研究では、NotchリガンドDll1発現細胞が成体脳室下帯神経幹細胞を維持するためのニッチ細胞として機能することを明らかにした。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】2,756千円 (直接経費: 2,120千円、間接経費: 636千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】21249051 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 循環器・高血圧 / 生体分子 / 脳・神経 / 発生・分化 / 心臓 / 心不全 / 白血病抑制因子 / LIF(白血病抑制因子) / 循環器 / 高血圧 / 発生分化 / 交感神経

【研究成果の概要】

心不全では、全身の交感神経活動が亢進することが知られているが、逆説的に交感神経終末から分泌されるノルエピネフリンの心筋内含量は減少している。この現象が交感神経の副交感神経化によるものかどうかを検証するために研究を行った。結果、交感神経を副交感神経に変換する因子として知られる白血病抑制因子とカルジオトロフィン-1の発現が、不全心筋において増加し、これらの因子により、心臓を支配する交感神経が副交感神経に分化転換することが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】46,150千円 (直接経費: 35,500千円、間接経費: 10,650千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】20670002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カルシウム / リン酸化 / 突起伸展 / シナプスから核へのシグナリング / 脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

「経験」に基づく情報を、神経回路内に長期的に「書き込む」シグナル伝達機構については多 くの謎が残っている。本研究課題を通じ、(1)神経突起の形態制御を司る新たなCaMKK-CaMKカスケード、(2)シナプス活動が新規遺伝子発現を引き起こすメカニズム、(3)神経活動によって誘導され た遺伝子産物がシナプスを修飾する逆シナプスタギング機構、等を解明し、「経験」が神経情報 として神経回路に貯蔵される仕組みを世界に先駆けて明らかにした。

【研究種目】若手研究(S)

【研究期間】2008 - 2012

【配分額】104,780千円 (直接経費: 80,600千円、間接経費: 24,180千円)

【研究分野】解剖学一般(含組織学・発生学)

【研究領域課題番号】20590196 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞・組織 / 再生医学 / 脳・神経 / 発生・分化 / 神経科学 / 中枢神経系 / 幹細胞 / 遺伝子 / 細胞死

【研究成果の概要】

我々が既に単離同定している神経幹細胞に発現する新規遺伝子群のなかかのひとつSE90/radmis遺伝子について解析を進めた。in situ hybridization解析により、radmis mRNA発現は胎生期の脳室周囲層、および生後や成体脳の側脳室の脳室下層といった神経幹細胞が局在すると考えられる部位での発現が認められた。また特異的抗体による組織学的解析の結果、radmisタンパクは神経幹細胞の放射状細胞突起と分裂期紡錘体微小管に一過性に局在し、分裂後は速やかに後期促進複合体APC/Cdh1によるユビキチン化を受けてタンパクが分解され、幹細胞内から除去される可能性が示された。実際の個体レベルでの神経発生過程でのradmis遺伝子の機能を検討するため、ユビキチン化を受けないよう改変した変異型radmis遺伝子を作製し、子宮内電気穿孔法によりマウス胎児の脳室内へ遺伝子導入を行った。その結果、radmis遺伝子を強制発現した神経幹細胞では分裂の亢進と細胞移動の異常が起きる事が明らかとなった。以上のデータからradmisが神経幹細胞の分裂制御に重要な働きを持つことが示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】神経解剖学・神経病理学

【研究領域課題番号】19700316 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 発生・分化 / 遺伝学 / 遺伝子 / ショウジョウバエ / 視覚系 / メダラ神経節

【研究成果の概要】

ショウジョウバエ視覚中枢のメダラ神経節の発生過程を制御する分子機構を解析し、転写因子Drfの発現によって規定される神経細胞は約60種存在するメダラ神経細胞のうち9種の神経細胞を構成すること、高次の神経節であるロビュラの第1層および第4層特異的に投射すること、ロビュラに至る投射は幼虫期においてすでに見られることがわかった。また、神経細胞の種類と細胞体の位置には強い相関があることがわかった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,780千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 480千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】19650094 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳脊髄流 / 上衣細胞 / 脳・神経 / 脳室下帯 / 発生・分化 / 脳脊髄液流

【研究成果の概要】

1.培養上衣細胞を用いた解析:前年度に確立した上衣細胞培養を用いて、細胞内に極性が形成されるかを調べた。蛍光ビーズを繊毛に付着させ、ライブイメージングによって観察したところ、約半数の細胞において繊毛が細胞内で同方向に運動していることが明らかになった。さらに、極性形成との関与が示唆されるPCP遺伝子群について過剰発現・ドミナントネガティブ型を導入し、効果を解析した。その結果、Dvl2のドミナントネガティブ型の導入により、繊毛運動方向が乱れることを見いだした。このことは、PCPシグナルが繊毛の運動方向の決定に関与することを示唆している。
2.上衣細胞分化過程の解析:前年度、上衣細胞の分化過程において繊毛の形態と運動機能が生後1週間で成熟することが繊毛の基部の局在が細胞内で変化することを見いだした。本年度は、繊毛の形成に先立って細胞膜に出現する繊毛基部に着目したところ、分化過程初期では細胞のアピカル面に広がって存在し、より遅い時期では細胞の前部に局在することを見いだした。細胞内で繊毛基部が移動するかを明らかにするために、繊毛基部がGFPによってラベルされたトランスジェニックマウス(Centrin2:GFPマウス)の脳室を用いてライブイメージングを行った。その結果、繊毛基部が細胞内を前部へ向かって移動することを見いだした。さらに、この過程に伴って繊毛の運動パターンが変化するかを調べるために、同トランスジェニックマウスを用いて繊毛を蛍光標識し、高速イメージングにより繊毛運動を観察した。その結果、繊毛基部が細胞全体に存在するときは繊毛がいろいろな方向に運動しているのが観察されたのに対し、繊毛基部が細胞前部に局在しているとき繊毛は一方向に協調的運動をしていることが明らかになった。この結果は、繊毛基部の細胞前部への移動が、上衣細胞の極性決定における重要なステップであることを示唆している。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】3,200千円 (直接経費: 3,200千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】19300134 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生医学 / 神経科学 / 脳・神経 / 脳神経疾患 / 発生・分化

【研究成果の概要】

成熟した脳内で、新生ニューロンが目的の位置に移動するには、周囲組織・細胞からの様々なシグナルが必要である。これには、分泌性蛋白質や新生ニューロンの周囲を取りまくアストロサイト、血管構造が関与していることを本研究にて明らかにしてきた。これらのメカニズムについて更に詳細に検討するため、本年度は以下について解析を行った。
1)嗅球の形成・リモデリングにおけるSlitの役割の解析
Slit1-/-Slit2+/-マウスの嗅球の形態について、詳細な組織学的解析を行った。
嗅球の新生細胞は、脳室下帯からRMSを介して供給され、嗅球内で放射状に移動して分布するが、このマウスでは新生細胞の放射状移動への移行に障害が見られ、また嗅球顆粒細胞の分布にも異常がみられた。
2)脳室下帯アストロサイトにおけるEzrin蛋白質の機能の解析
ERM蛋白質のひとつであるEzrinのノックアウトマウスの組織学的解析を行った。Ezrinはマウス脳室下帯において、アストロサイト特異的に発現していることを確認した。また、Ezrin-/-マウスの脳室下帯アストロサイトには、突起の形状に異常があることを見出した。脳室下帯アストロサイトの培養系を用いたEzrin恒常活性型・ドミナントネガティブ型の遺伝子導入実験により、Ezrinが脳室下帯アストロサイトの形態制御に関与している可能性を示唆するデータを得た。
3)脳梗塞後の霊長類脳の再生過程・血管の機能の解析
中大脳動脈閉塞術の改良を行い、BrdU投与を術後1ヶ月に亘って行った個体の作製に成功した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】19300126 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

Rho依存的アクチン制御ならびに神経活動依存性アクチン再編成と、神経回路網のダイナミックな機能再構築との間の関係については、まだ未解明な点が多い。そこで本研究計画においては、大脳皮質細胞、および小脳プルキンエ細胞の突起形態形成においで、活動依存性Ca^<2+>流入と低分子量G蛋白・アクチンシグナル経路がどのようにクロストークするか、という点を集中的に明らかにする。
これまでの研究に引き続き、本年度に入ってから、特に以下のことを明らかにした。
1.大脳皮質細胞において、膜挿入型CaMKであるCLICK-III/CaMKIgammaのアイソフォームの形態形成能を探索したところ、細胞質局在型のCaMKIα依存的に軸索形態の変化が制御されることを明らかにした。さらにこの形態変化の上流に位置する神経細胞形態誘導因子を複数同定し、各々の下流で活性化される低分子量GTPaseを明らかにした。本成果は、Ageta-Ishihara et al.として投稿準備中である。
2.海馬錐体細胞形態形成過程においては、アクチン制御が神経活動によって発生するカルシウム流人と相加的に作用することを先に報告したが、小脳プルキンエ細胞樹状突起においては、全く逆に、活動依存的Ca^<2+>流入とアクチン重合活性化が拮抗的に働く可能性を見出した。
この段階で、平成20年度若手研究(S)が採択されたため、本研究課題を廃止することとなった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】19200031 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳皮質 / 発生・分化 / 神経科学 / 脳・神経 / 細胞移動 / 神経細胞移動 / 辺縁帯 / IPA / カルシウム / 樹状突起形成

【研究成果の概要】

大脳皮質神経細胞の移動過程に注目し、まずは辺縁帯直下で移動終了過程にある細胞に強く発現する遺伝子を多数同定した。また、いくつかの分子について層形成や細胞動態における機能を見いだした。さらに、脳室帯で誕生した神経細胞と脳室下帯/中間帯で誕生した神経細胞とでは移動プロファイルが全く異なることを見いだした。前者は、脳室下帯とオーバーラップする部位で一時的に長時間滞留することを発見し、多極性細胞蓄積帯と命名した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】37,050千円 (直接経費: 28,500千円、間接経費: 8,550千円)

【研究分野】発生生物学

【研究領域課題番号】19570217 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

形態形成 / 発生・分化 / 脳・神経 / 再生医学 / マイクロアレイ

【研究成果の概要】

脊椎動物の初期胚は、受精後様々な細胞内シグナリングの作用による体軸形成・三胚葉分化を経て胚の基本的なボディパターンが規定される。これまで、Wnt、FGF、RA などのシグナリングの前後軸に沿った仮想的濃度勾配が脳や脊髄の部域を規定していることが示されてきたが、本課題では、特にどのような遺伝子の関与が脳、特に脳の部域既定に必要であるかを明らかにするため、以下の3点について解析を行った。(1)既存の脳マーカー遺伝子間の発現制御メカニズム解明を目指し、間脳特異的遺伝子Rx/Raxの、脳遺伝子Otx2と神経化因子Sox2による制御機構について研究を行った。その結果、Otx2蛋白とSox2蛋白は直接結合し、更にRx/Rax のプロモーター領域に結合して転写を制御することを見出した。(2)頭部で特異的に発現しかつWnt シグナルに制御を受ける新規遺伝子をマイクロアレイ解析によって約50同定した。その中で、ツメガエルの神経器官の一つであるセメント腺のみで特異的に発現する遺伝子としてXgalectinVIa、Xnkx3.1などを見出し、Wntシグナリングによる制御などを明らかにした。また、RA 代謝酵素XCyp26cがやはりWntシグナルに制御され、かつ一部のロンボメア特異的に発現することを見出した。更に、ヒストンメチルファラーゼをコードするPRDM12遺伝子が、口蓋プラコードで特異的に発現し、神経誘導能を有することを明らかにした。(3)予定神経外胚葉に存在する位置情報の根拠となる因子の同定を目指した。腹側割球由来の細胞と背側由来の細胞間で神経誘導能に差があることを見出した上で、これらの組織における遺伝子発現の差をマイクロアレイで解析した結果、いくつかの候補遺伝子を同定した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】19770164 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳 / 神経幹細胞 / 発生 / ニューロン / エピジェネティクス / 脳・神経 / 発生分化

【研究成果の概要】

大脳は高度な機能を持ち、進化に伴って高度に発達して来た。この脳を構成する主要な細胞種の一つがニューロンであり、脳が適切に機能するためには適切な数のニューロンが発生期間中に作り出されなければならない。ニューロンは発生中の一定期間しか作られず、このニューロン産生の期間の決定が最終的に作り出されるニューロンの数の決定に重要な要素となる。本研究では、ニューロン産生期が終了するメカニズムを明らかにし、ニューロンの数の決定機構の一端を明らかにした。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,880千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 480千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】19659065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

細胞は試験管とは異なり、化学反応が局所的におこる。自由拡散している酵素と基質が確率的に出会うのではなく、数十nm四方の「ミクロドメイン」に濃縮された関連分子の間で効率よくシグナルが共役・伝達されている。然るに、この「マイクロドメイン」内における代謝反応論・酵素学はこれまでほとんど明らかにされていない。
本研究では、神経可塑性発現や神経回路形成に際し、膜ミクロドメインや微小突起レベルで制御される蛋白リン酸化反応が必須であることを手がかりに、単一シナプスおよびその近傍において生じるリン酸化反応を定量し、また突起制御に貢献する蛋白蛋白相互作用を可視化し、さらにウィルスベクター等を応用し、多数の酵素反応を同時定量したり、細胞種特異的定量を可能にする基盤技術の創成を試みる。このような計画に基づき、以下のような基盤技術を確立した。
1.CaMKIgamma/CLICK-IIIの膜状自己凝集化をFRETによって有意に検出することに成功した。本成果は、Takemoto-Kimura, et. al.としてNeuron誌に発表した。
2.単一シナプスを刺激して、その近傍でCa2+上昇やキナーゼ活性上昇などをリアルタイムで可視化するUV uncaging FRETシステムを完成させた(Fujii, et. al.投稿準備中)。
3.京都大学工学部森研究室との共同研究で、アクティブゾーン蛋白RIMlaと電位依存性カルシウムチャンネルのシナプス終末における共局在を定量することに成功した(Kiyonaka, et. al.Nature Neurosci. 2007)。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2007

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】18650101 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

本研究を通じ、神経可塑性を担うシグナル分子が、シナプス蛋白複合体内で、あるいは単一スパインや単一シナプス近傍にて、どのように挙動するかを可視化・定量測定する新規技術を開発することを試みた.
まず樹状突起スパインに存在するCaMKIIとその類縁キナーゼについて、スパインやミクロドメイン内相互作用を検出できるFRETプローブ作成を行った。その結果、脂質ラフト近傍におけるCLICK-III/CaMKIgammaの分子間相互作用やCaMKIIとArcのスパイン内相互作用を定量的に計測することに成功した(Takemoto-Kimura et al.改訂中).また、PSD局在が報告されているにCaMK類似キナーゼがCREB転写を抑制的に制御する機構を明らかにした(Ohmae et al.,J. Biol. Chem.2006).さらに、プルキンエ細胞スパインにおけるアクチン動態の可視化を実施し、これに基づき新たな制御因子の探索を実施した(Fuse et al.準備中).
共同研究においては、我々の開発したEGFP-actinプローブを用い、東京医科歯科大学岡部繁男研究室と共同で、アクチン線維と興奮性シナプス機能分子複合体の相互作用を単一スパインレベルで解析した。(Kuriu et al. J. Neurosci.,2006).一方、シナプスでのカルシウムチャンネル局在制御について京都大学工学部森泰生研究室と共同で探索し、RIM1がカルシウムチャンネルとの相互作用により、プレシナプスへ集積する機構を明らかにした(Kiyonaka et al. Nature Neurosci. inpress).

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】精神神経科学

【研究領域課題番号】18209037 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

児童精神医学 / 環境変動 / 遺伝子 / 脳 / 神経 / 発生 / 分化 / 脳・神経 / 発生・分化

【研究成果の概要】

自閉症を高率に合併することが知られている結節性硬化症の責任遺伝子TSC2に変異をもつEkerラットのスパインを超微形態学的に検討し、多数の融合した異常ミトコンドリアとシナプス未形成のフィロポディアを確認した。また、発達期に発現するarcadlinという蛋白質のスパイン制御機構を明らかにした。結節性硬化症では、TSC2-Rheb-mTORの異常が何らかのメカニズムを介してミトコンドリアの増殖あるいは融合を促進し、そのためにスパイン成熟の遅れをきたすものと考えられた。この点では、臨床遺伝学的研究により、神経接着因子(NRCAM)の遺伝子多型が自閉症と有意に関連することを見出しており、興味深い。オスのメス化作用が知られている環境ホルモンのラット新生仔期における低用量暴露が、成長後のオスのみに学習障害と多動をきたし、かつEstrogenα受容体(ERα)アンタゴニスト投与によって、環境ホルモンの脳への影響を未然に防ぐことができた。環境ホルモンの作用はラット胎仔海馬組織の初代培養系でも観察することができ、スパインの成熟遅延が見られた。このメカニズムにもERαの関与が証明された。
遺伝子解析では、7番および15番染色体長腕領域(7g,15g)上の候補遺伝子を中心に自閉症との関連を検討し、NRCAM以外にもTSC遺伝子やmaternal expression domain(MED)の一部との有意な関連を見出した。その他の部位ではオキシトシン受容体(OXTR)遺伝子の複数のSNPで自閉症症状との有意な関連を認めた。
神経画像研究では、自閉症の三主徴である、社会的相互性、コミュニケーション、固執・常同に対応する脳基盤をマルチモダリティ神経画像によって同定した。具体的には、自閉症患者の言語流暢性課題施行時の前頭葉賦活の低値とコミュニケーション障害の相関、固執の基盤となる空間的注意機能異常、社会性脳回路(下前頭回・上側頭溝など)の顕著な性差を見出した。これらの神経画像指標は、今後自閉症の三主徴に対応する遺伝子・分子基盤を効率的に見出す有力な中間表現型となる可能性がある。とくに、下前頭回は自閉症の認知異常との関連が推定されているミラーニューロンを担う部位であり、興味深い結果と考えている。現在男女差と関連する自閉症の分子機構として、性差のあるホルモンの代表であるオキシトシンに着目して研究を開始している。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】45,500千円 (直接経費: 35,000千円、間接経費: 10,500千円)