マウス一次嗅覚系における神経活動パターン依存的な遺伝子発現制御機構の解明

阐明小鼠初级嗅觉系统中神经活动模式依赖性基因表达控制机制

• 批准号: 21J13157
• 负责人: 中野 利沙子
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J13157/
• 关键词: 嗅覚回路; 神経活動; シグナル伝達; 軸索選別分子; 神経回路形成; 高速ノックダウン; 嗅覚神経回路

本研究の目的はマウス一次嗅覚系の神経回路形成において、神経活動が遺伝子発現を制御する仕組みを解明することである。マウスの嗅神経細胞(嗅細胞)は、多数存在する嗅覚受容体遺伝子の中から1種類のみを選んで発現し、同種の嗅覚受容体を発現した嗅細胞は、嗅球の特定の領域に軸索を収斂させる。この嗅覚受容体の種類を反映した嗅覚回路は、発達期の嗅細胞に生じる自発的な神経活動と、それによって発現を制御される軸索選別分子群によって精確に形成される。このとき、細胞の電気的な活動である神経活動が、細胞内のシグナル伝達によって、遺伝子発現という分子情報に変換されていると考えられるが、その変換機構については全く明らかになっていなかった。過去の報告から、神経活動依存的に生じるカルシウムイオンの濃度変化が遺伝子発現に影響を与えることが分かっていたため、カルシウム依存性のシグナル伝達分子に着目し、それらの遺伝子のノックアウトや急性ノックダウンによる軸索選別分子群の発現変動を調べた。しかしながら、嗅細胞のバルク解析の結果、顕著な影響は観察されなかった。この結果からは、個々の嗅細胞で生じた影響が、バルク解析によって相殺されている可能性が排除できなかったため、次に、嗅細胞の細胞種を限定した解析を試みた。嗅細胞の細胞種は、発現する嗅覚受容体の種類によってラベルされる。そこで、嗅覚受容体遺伝子の下流にCreを挿入したマウスを新規に6ライン作成し、細胞種ごとの解析を可能にすることで、今回着目した細胞種の神経活動パターンと軸索選別分子群の発現パターンを同定した。神経活動を記録するために、世界で初めて嗅細胞のin vivo二光子カルシウムイメージング系を立ち上げ、細胞種ごとの神経活動パターンと軸索選別分子群の発現プロファイルを紐付けることを可能とした。今後シグナル伝達の阻害を行い、細胞種ごとの遺伝子プロファイルを解析する。

这项研究的目的是阐明神经活动在小鼠原发性嗅觉系统中神经回路中调节基因表达的机制。从大量基因中选择小鼠嗅觉神经元（嗅觉细胞），并仅表达一种类型的嗅觉受体基因，而表达相同种类的嗅觉受体的嗅觉细胞将其轴突融合到嗅觉小块的特定区域。这种反映嗅觉受体类型的嗅觉是由发育过程中嗅觉细胞中发生的自发神经活性以及轴突选择分子控制的。目前，人们认为神经活动是细胞的电活动，转化为分子信息，例如通过细胞内信号传导进行基因表达，但尚未阐明转化率的机制。先前的报道表明，以神经活性依赖性方式发生的钙离子浓度的变化会影响基因表达，因此我们专注于钙依赖性信号分子，并研究了由于这些基因的敲除和急性敲除这些基因而导致的轴突选择分子表达的变化。但是，由于嗅觉细胞的大量分析，未观察到显着影响。该结果并不排除在单个嗅觉细胞中产生的效果被大量分析所抵消，因此我们接下来尝试分析有限数量的嗅觉细胞类型。嗅觉细胞的细胞类型由表达的嗅觉受体的类型标记。因此，创建了六只带有CRE的新小鼠，创建了嗅觉受体基因下游的CRE，可以通过每种细胞类型进行分析，并且鉴定出了今天关注的细胞类型的表达模式。为了记录神经活动，启动了世界上第一个嗅觉细胞的体内两光子钙成像系统，从而使其能够将每种细胞类型的神经活性模式与轴突选择的分子的表达曲线联系起来。未来将抑制信号转导，并分析每种细胞类型的基因谱。

项目成果

in vivo二光子イメージングを用いた発達期における嗅神経細胞の自発活動パターンの解析

使用体内双光子成像分析发育过程中嗅觉神经元的自发活动模式

• 发表时间: 2022
• 作者: 露久保 淳;須丸 公雄;森下 加奈;金森 敏幸;中野利沙子
• 通讯作者: 中野利沙子

in vivo⼆光⼦イメージングを⽤いた発達期の嗅神経細胞における神経活動パターンの解析

使用体内双光子成像分析嗅觉神经元发育中的神经活动模式

• 发表时间: 2022
• 作者: Lingying Li;Wanli Li;Tomonobu Nakayama;Takeo Minari;寺島康平，佐藤春樹，伊香賀俊治;中野利沙子
• 通讯作者: 中野利沙子