リハビリテーションによる脳機能回復にともなう神経回路再構成プロセスの解明

阐明与康复脑功能恢复相关的神经回路重组过程

• 批准号: 15700311
• 负责人: 肥後 範行
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15700311/
• 关键词: マカクザル; 皮質内微小刺激; 上肢; 器用さ; イボテン酸; 遺伝子発現; 神経成長関連タンパク; in situハイブリダイゼーション

前年度に確立した、マカクザルを用いた脳損傷後の運動機能回復を調べるための実験系を用いて、以下の研究を行った。まず、成熟脳において恒常的な変化が起きている神経回路を調べるために、シナプスの形態変化に関わる分子の発現を調べた。特に今年度は、シナプス後細胞の形態変化に関わる分子であるneurograninの、ベースラインの発現を調べた。(Higo et al.,2004)。前年度に調べた、シナプス前細胞の変化に関わる分子の変化とあわせて考えると、成熟脳においては海馬のアンモン角から海馬台にいたる投射や、大脳新皮質連合野に起始するフィードバック結合などの限られた神経回路では恒常的な神経回路変化が起きている可能性が示唆された。さらに脳損傷後の運動機能回復に伴う神経回路変化を明らかにするために、脳損傷後に精密把握の回復が見られた直後のマカクザルの脳においてシナプスの形態変化に関わる分子の発現を調べた(Murata et al.,2004)。今年度の実験では、細胞骨格アクチンフィラメントの重合を制御するシグナル伝達に関わり、神経終末の構造変化に伴って発現量が増加するタンパクであるGAP-43に着目した。精密把握の回復が見られた直後の脳において、運動関連領野を含む凍結切片を作成し、GAP-43 mRNAに対するin situハイブリダイゼーションを行った。染色の吸光度計測による定量的解析を行った結果、損傷半球の運動前野においては、非損傷半球または実験操作を加えていない個体の運動前野に比べてGAP-43 mRNAの発現の亢進が見られた。発現の亢進は運動前野の背側部よりも腹側部で顕著であった。また高倍の顕微鏡画像においてGAP-43 mRNA発現細胞の形態的特徴を検討したところ、比較的大型の錐体細胞において顕著な発現が見られた。さらに、第一次運動野の損傷領域周辺では、GAP-43の発現の低下が見られた。以上の結果から、運動前野に存在するニューロンの軸索終末で細胞骨格の再編成を伴う構造的変化が起き、これが第一次運動野損傷後の精密把握回復の構造的基盤となっている可能性が考えられる。

我们使用前一年建立的实验系统进行了以下研究，以研究猕猴脑损伤后运动功能的恢复情况。首先，为了研究成人大脑中经历稳态变化的神经回路，我们研究了参与突触形态变化的分子的表达。特别是，今年我们研究了神经颗粒素的基线表达，神经颗粒素是一种参与突触后细胞形态变化的分子。 （Higo 等人，2004 年）。当与前一年研究的突触前细胞变化相关的分子变化考虑时，在成熟的大脑中，从海马角到下托的投射，起源于新皮质关联区域的反馈连接等。神经回路的变化可能发生在有限的神经回路中。此外，为了阐明与脑损伤后运动功能恢复相关的神经回路变化，我们研究了在脑损伤后观察到精确抓握恢复后猕猴大脑中参与突触形态变化的分子的表达（村田等，2004）。在今年的实验中，我们关注的是 GAP-43，这是一种参与信号转导的蛋白质，控制细胞骨架肌动蛋白丝的聚合，其表达水平随着神经末梢结构的变化而增加。在观察到精确抓握恢复后，立即在大脑中制备包含运动相关区域的冷冻切片，并进行 GAP-43 mRNA 的原位杂交。通过测量染色吸光度进行的定量分析表明，与未受伤半球或未接受实验操作的个体的运动前皮层相比，受伤半球的运动前皮层中 GAP-43 mRNA 的表达增加。表达增加在运动前皮层的腹侧比背侧更明显。此外，当我们使用高倍显微镜图像检查表达GAP-43 mRNA的细胞的形态特征时，我们发现在相对较大的锥体细胞中观察到显着的表达。此外，在初级运动皮层受损区域周围观察到 GAP-43 表达下降。从上述结果来看，前运动皮层神经元轴突末端可能发生伴随细胞骨架重组的结构变化，这可能是原发性运动皮层损伤后恢复精确抓握的结构基础。

项目成果

肥後 範行: "Rehabilitative training after brain injury induced GAP-43 mRNA expression in the monkey brain : a molecular basis of motor recovery"COE Internatinal Symposium Abstract. (In press). (2004)

Noriyuki Higo：“脑损伤后的康复训练诱导猴脑中的 GAP-43 mRNA 表达：运动恢复的分子基础”COE 国际研讨会摘要（2004 年）。

肥後 範行: "Cell type- and region-specific expression of neurogranin mRNA in the cerebral cortex of the macaque monkey"Cerebral Cortex. (In press). (2004)

Noriyuki Higo：“猕猴大脑皮层中神经颗粒蛋白 mRNA 的细胞类型和区域特异性表达”《大脑皮层》（正在出版）。

肥後 範行: "Develomental changes in the distribution of MARCKS mRNA in the cerebral cortex of the macaque monkeys : molecular basis of high plasticity in the infant brain"Society for Neuroscience Abstract. 29. 459.6 (2003)

Noriyuki Higo：“猕猴大脑皮层中 MARCKS mRNA 分布的发育变化：婴儿大脑高可塑性的分子基础”神经科学学会摘要 29. 459.6 (2003)。

肥後 範行: "Develomental changes of MARCKS mRNA in the cerebral cortex of the macaque monkeys"Neuroscience Research. 46 Suppl.1. S140 (2003)

Noriyuki Higo：“猕猴大脑皮层中 MARCKS mRNA 的发育变化”神经科学研究 46 S140 (2003)。

Development of neurogranin mRNA in the monkey cerebral neocortex.

猴大脑新皮质中神经粒蛋白 mRNA 的发育。

• 发表时间: 2004
• 期刊: Neuroscience Research Suppl50
• 作者: 肥後;範行 他
• 通讯作者: 範行 他