【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)

【研究領域課題番号】18K19378 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経細胞 / 分化 / 大脳皮質 / ニューロン / 分化転換

【研究成果の概要】

脳の中には多くのサブタイプの神経細胞があり、それぞれ特有の形態と機能を有している。我々は、神経細胞が未熟な時期には細胞外環境の影響によって最終的に分化するサブタイプが変わりうることを発見したが、一般に成熟神経細胞のサブタイプは決して変化しない。本研究では、成熟神経細胞のサブタイプを人為的に転換させることに挑戦し、転写因子及びエピジェネティック因子の人為的制御によって少なくとも一部の表現型については転換できる可能性を示唆する結果を得た。

【研究の社会的意義】

成熟神経細胞のサブタイプそのものについては一生変わらないとするのが現在の常識である。本研究の結果から、成熟神経細胞であっても、少なくとも特定の条件下においてはそのサブタイプ分化またはその維持にある程度の可塑性が存在する可能性が示された。成熟神経細胞の運命転換が可能になれば、in vivoで所望のサブタイプの神経細胞を作り出すことが可能になるかも知れず、将来的な波及効果や社会に与えるインパクト・貢献は多大であると期待される。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2018-06-29 - 2020-03-31

【配分額】6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】25640039 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳新皮質 / 神経細胞 / 層特異性 / 転写因子 / 発生・分化 / 神経科学 / 大脳皮質 / 抑制性神経細胞

【研究成果の概要】

マウスの発生期大脳新皮質内で、人為的に特定の遺伝子を強制発現することにより、抑制性神経細胞を多く作らせることに成功した。また、大脳新皮質の第2-3層の神経細胞と第4層の神経細胞に関して、二種の転写因子Brn1/2とRorbが相互抑制しており、前者が優位になると2-3層神経細胞に、後者が優位になると4層神経細胞に分化することを見出した。すなわち、この両者を使い分けることによって、未成熟神経細胞からの分化方向を人為的に変換できることを発見した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】23700368 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子操作マウス / Rac1 / Cdc42 / 神経細胞 / 大脳皮質 / 細胞骨格 / mTOR

【研究成果の概要】

本研究では、RhoファミリーGTPaseのRac1およびCdc42の神経細胞における機能を明らかにすることを目的に研究を行った。大脳皮質・海馬特異的な遺伝子ノックアウトマウスをおよび、スライス培養系を用いて、Rac1が樹状突起スパインの制御に深くかかわっていることを明らかにすることができた。本研究成果により、精神遅滞といったヒト疾患の理解が深まることが期待できる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2011 - 2012

【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】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】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】11480233 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞接着タンパク質 / 神経発生 / 神経再生 / L1 / 神経回路形成 / ミエリンタンパク質 / モノクローナル抗体 / 大脳新皮質 / 大脳皮質 / 神経細胞 / サブプレートニューロン / 系統発生 / 接着タンパク質 / 欠損マウス / 細胞接着蛋白 / ヘルペスウイルスベクター / 単クローン抗体

【研究成果の概要】

研究目的:細胞接着タンパク質などの活性タンパク質の構造と機能の解析を行い、それらの神経発生および病態時の神経再生における役割を解明する。
研究結果:1)細胞接着蛋白L1の研究:A)神経回路形成におけるL1の役割:胎生のラットの視床皮質路はL1に陽性であり、この経路の形成にPax6が必要であることを示した。L1欠損マウスを用いた解析の結果、L1は視床と大脳皮質の線維連絡の形成に重要であることが示された。皮質脊髄路線維は、L1陽性、TAG1陰性であったが、脳梁および海馬の交連線維にはL1とTAG1の両方の発現がみられことより、正中線を横断する線維の形成におけるL1とTAG1の役割を考察した。B)L1cDNAを変異ヘルペスウイルスベクターに組込み、外因性のL1発現系を確立した。脊髄損傷モデル動物の損傷部位に作成したベクターに組込んだL1cDNAを発現させ、再生促進効果の検討を行った。
II)末梢神経のミエリンタンパク質の研究:PASII/PMP22タンパク質の糖鎖構造を解明し、HNK1エピトープを含むことを示した。PASII/PMP22タンパク質の強制発現系を確立し、機能解析を行った結果、細胞増殖と神経突起の伸長の抑制効果を示したが、細胞接着活性は認められたかった。
III)モノクローナル抗体を用いた研究:新しいモノクローナル抗体K1を作成し、解析を行った結果、この抗体は、大脳新皮質で最初期に分化するサブプレートニューロンの表面の高分子膜タンパク質と特異的に反応し、後に陽性反応はマージナルゾーンのニューロンとのシナプス結合部位に局在した。系統発生的検索の結果、K1抗原は哺乳類の新皮質の進化的研究に、有用なマーカーとなりうることが示された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】7,900千円 (直接経費: 7,900千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】10780506 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ラット / 大脳皮質 / 抑制性シナプス電流 / GABA / 局所神経回路 / 介在神経細胞 / アセチルコリン / 周期的発火 / 前頭葉 / 神経細胞 / 神経回路 / 神経結合 / 活動電位 / シナプス伝達

【研究成果の概要】

大脳皮質の投射ニューロンが電気生理学的にある程度一様な細胞集団だと考えられているのに対して、GABA作働性の介在細胞は、活性物質の発現パターン・樹状/軸索突起の形態・電気生理学的性質・薬物に対する反応性・シナプス伝達の周波数特性などから、非常に多数のサブタイプからなっていると考えられている。
大脳皮質の重要な入力は、他の皮質と視床からの興奮性投射である。この他に、大脳基底部からのアセチルコリン、青斑核からのノルアドレナリン、縫線核からのセロトニンなどの投射があるが、これらは皮質の活動状態を調節している。これらの伝達物質は錐体細胞に直接作用するだけでなく、GABA細胞を介して間接的に錐体細胞に影響すると考えられる(文献,3)。アセチルコリンのアナログであるカルバコールや、ムスカリンが、GABA作働性シナプス伝達やGABA細胞にどのような影響があるかを脳切片標本で調べた。カルバコールやムスカリンを作用させると、錐体細胞、GABA細胞両方のGABA作働性抑制性電流の頻度と振幅が増大した。この増大は、テトロドトキシンやアトロピンで抑えられたので、ムスカリン受容体を介して、GABA細胞が興奮して錐体細胞やGABA細胞に抑制性シナプス電流が引き起こされたと考えられる。カルバコールやムスカリンをある程度持続的に脳切片標本にかけると、抑制性シナプス電流の増大のパターンには、持続的に増えているのと、0.1から0.3ヘルツの周期で上昇するものの二種類があることがわかった。この抑制性シナプス電流の増大パターンに対応して発火するGABA細胞を検索した。その結果、パルブアルミン陽性のFS(fast-spiking)細胞は、カルバコールやムスカリンによって発火せず、持続的に発火したりや、低周波で周期的に発火頻度を増大するものは、non-FS細胞の中にあることがわかった。アセチルコリン投射系は、GABA介在細胞のサブタイプごとに違う作用をおよぼし、局所回路の興奮性や周期的活動を調節していると考えられる。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】1,900千円 (直接経費: 1,900千円)