大脳皮質における層構造特異的な神経回路形成の細胞分子機構

大脑皮层层结构特异性神经回路形成的细胞和分子机制

基本信息

批准号：
20021018
负责人：
山本亘彦
金额：
$ 4.74万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20021018/
关键词：
大脳視床軸索層構造神経活動ネトリンニューロン分化 netrin unc5D

项目摘要

視床から大脳への軸索投射の基本構造は遺伝的要因によって形成されるが、後天的な神経活動によって修飾されることが知られている。この層構造依存的・神経活動依存的な分子機構に関して、私たちはこれまでの研究を基に、標的層に発現する軸索誘導分子または視床側に発現する受容体分子が神経活動によって調節される仮説を掲げた。本研究では、神経活動依存的にその発現量が変化する分子の存在を調べ、視床皮質投射の形成機構を明らかにすることを目指した。まず、皮質4層で神経活動に依存して遺伝子発現を変化させる分子を調べるために、視床-皮質共培養切片を通常の培養液中とTTXを含む培養液中で約2週間培養し、それぞれの皮質切片から標的層特異的分子の発現量を定量PCR法により比較した。その結果、netrin-4の発現量がTTX添加培地で著しく減少することがわかった。また、netrir4を視床-大脳皮質共培養標本に加えることにより、視床軸索の枝分かれ形成が倍増することが判明した。また、培養液中にnetrinと結合能のある可溶性タンパクunc5h2-Fcを添加すると、枝分かれ数が顕著に減少したことから、内在的なnetrin分子が枝分かれを促進していることが示唆された。一方、視床軸索側の受容体候補分子として、netrin-4と結合し得るDCC, unc5h2やneogeninの視床核での発現がin situ hybridizationによって確認された。さらに、in vivoでのnetrin-4の作用を調べるために、netrin-4ノックアウト動物を用いて、視床軸索投射を解析し、視床皮質投射が減弱していることを示唆する結果を得ている。以上、netrin-4は層特異的・神経活動依存的に発現し、発生期脳の視床軸索投射に重要な役割を果たしていることが示唆された。

从丘脑到大脑的轴突投射的基本结构是由遗传因素形成的，但已知会受到后天神经活动的改变。关于这种层结构依赖和神经活动依赖的分子机制，我们根据之前的研究，即靶层中表达的轴突导向分子或丘脑中表达的受体分子受到神经活动的调节，我们提出了一个假设。在本研究中，我们的目的是研究表达水平随神经活动而变化的分子的存在，并阐明丘脑皮质投射的形成机制。首先，为了研究根据四个皮质层的神经活动改变基因表达的分子，将丘脑-皮质共培养切片在正常培养基和含有TTX的培养基中培养约2周，我们比较了TTX的表达水平。使用定量 PCR 从皮质切片中获取目标层特异性分子。结果发现，在添加了TTX的培养基中netrin-4的表达水平显着降低。此外，发现在丘脑-大脑皮层共培养制剂中添加 netrir4 可使丘脑轴突的分支形成加倍。此外，当将能够结合netrin的可溶性蛋白unc5h2-Fc添加到培养基中时，分支数量显着减少，表明内源netrin分子促进分支。另一方面，原位杂交证实了丘脑核中DCC、unc5h2和可与netrin-4结合的neogenin的表达作为丘脑轴突侧的候选受体分子。此外，为了研究 netrin-4 的体内作用，我们使用 netrin-4 敲除动物分析了丘脑轴突投射，并获得了表明丘脑皮质投射减弱的结果。这些结果表明，netrin-4 以层特异性和神经活动依赖性方式表达，并在发育中的大脑丘脑轴突投射中发挥重要作用。