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。

本研究的目的是阐明神经活动控制小鼠初级嗅觉系统神经回路形成中基因表达的机制。小鼠嗅觉神经细胞（嗅觉细胞）从许多现有的嗅觉受体基因中选择并只表达一种类型的嗅觉受体基因，表达相同类型嗅觉受体的嗅觉细胞在嗅球的特定区域产生轴突。嗅觉回路反映了嗅觉受体的类型，它是由嗅觉细胞在发育过程中发生的自发神经活动及其表达受其控制的一组轴突分选分子精确形成的。此时，人们认为神经活动，即细胞的电活动，通过细胞内信号传递转化为称为基因表达的分子信息，但这种转化的机制尚未完全阐明。先前的报告表明，以神经元活动依赖性方式发生的钙离子浓度的变化会影响基因表达。我们研究了轴突分选分子的表达变化。然而，对嗅觉细胞进行大量分析的结果是，没有观察到显着的影响。从这些结果来看，我们不能排除单个嗅觉细胞的影响被批量分析抵消的可能性，因此我们接下来尝试了限制嗅觉细胞的细胞类型的分析。嗅觉细胞类型由它们表达的嗅觉受体类型标记。因此，我们创建了 6 个新的小鼠品系，其中 Cre 被插入到嗅觉受体基因的下游，并且通过分析每种细胞类型，我们能够阐明细胞类型和轴突分选分子的神经活动模式。我们重点关注的是表达模式。为了记录神经活动，我们推出了世界上第一个用于嗅觉细胞的体内双光子钙成像系统，使得将每种细胞类型的神经活动模式与轴突分选分子的表达谱联系起来成为可能。未来，我们将抑制信号转导并分析每种细胞类型的遗传图谱。

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