脳卒中後の大脳新皮質広域神経回路再構築メカニズムの解明

阐明中风后新皮质广域神经回路重建机制

基本信息

批准号：
21K06386
负责人：
酒井誠一郎
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

脳梗塞後の機能回復には、失われた機能を代償する神経回路の構築が重要であるとされているが、その詳細は未解明である。本研究では、大脳皮質の脳梗塞モデルマウスを用いて、脳梗塞後に構築される代償性神経回路の再構築メカニズムを研究している。昨年度行った広域カルシウムイメージングによる機能的結合の解析において、脳梗塞巣周囲の機能的結合が脳梗塞後に強化されていた。そこで、この神経結合が脳梗塞後の機能回復に寄与するのか検証実験を行った。脳梗塞巣周囲の神経結合をDREADDを用いて特異的に活動抑制すると感覚運動機能が低下したことから、この神経結合が感覚運動機能の回復に重要であることが示された。また、急性スライス標本を用いたパッチクランプ記録によりシナプス伝達の強度を解析した結果、脳梗塞巣周囲のシナプス結合が実際に強化されていた。脳梗塞後の神経回路再構築の分子メカニズムを明らかにするため、単離した神経細胞のRNA-SeqおよびシングルセルRNA-Seqによる遺伝子発現解析、ATAC-Seqによるオープンクロマチン領域の解析を行った。カルシウムイメージングで機能的結合強化の見られた脳領域では、脳梗塞後の神経修復に関わる遺伝子群の発現増加が見られた。また、それら遺伝子の転写調節領域にはいくつかの転写因子結合モチーフが濃縮していた。それら転写因子のうちのひとつをノックアウトしたマウスでは脳梗塞後の機能回復が阻害されていたことから、この転写因子が神経回路再構築を誘導していることが示唆される。

补偿丧失功能的神经回路的构建被认为对于脑梗塞后的功能恢复很重要，但细节仍不清楚。在本研究中，我们利用脑梗塞模型小鼠的大脑皮层来研究脑梗塞后建立的代偿性神经回路的重组机制。去年利用广域钙成像进行的功能连接分析发现，脑梗塞病灶周围的功能连接在脑梗塞后得到加强。因此，我们进行了一项实验来验证这种神经连接是否有助于脑梗塞后的功能恢复。当使用DREADD特异性抑制脑梗塞周围神经连接的活动时，感觉运动功能下降，表明这种神经连接对于感觉运动功能的恢复很重要。此外，使用急性切片标本的膜片钳记录对突触传递强度的分析表明，脑梗塞周围的突触连接实际上得到了加强。为了阐明脑梗死后神经回路重组的分子机制，我们使用RNA-Seq和单细胞RNA-Seq分析了分离神经元的基因表达，并使用ATAC-Seq分析了开放染色质区域。在钙成像显示功能连接增强的大脑区域中，观察到脑梗塞后参与神经元修复的基因表达增加。此外，一些转录因子结合基序在这些基因的转录调控区域中富集。在这些转录因子之一被敲除的小鼠中，脑梗塞后的功能恢复受到抑制，这表明该转录因子诱导神经回路重组。