大規模な回路精緻化の起きる新生仔大脳皮質の“現場”解明のための先導アプローチ

一种阐明新生儿大脑皮层“现场”结构的领先方法，大规模电路在此发生

基本信息

批准号：
21K18245
负责人：
岩里琢治
金额：
$ 16.56万
依托单位：
National Institute of Genetics
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

大脳皮質の神経回路は、生後の一時期に感覚入力や自発神経活動の影響を強く受けながら精緻化され、成体の高度な脳機能を担う洗練した回路となる。特に新生仔期は大脳皮質の神経回路は大規模な精緻化が起きる重要な時期であるが、成体の脳で用いられる手法の多くは新生仔脳でそのまま使うことはできない。そうした実験手法の未整備のため、大脳皮質が精緻化される”現場“で実際に何が起きているかはほとんどわかっていない。本研究課題では、生後発達期の神経活動依存的神経回路精緻化が形態学的に明確に検出できる特長をもつマウス体性感覚野（バレル野）をモデルとしてこの課題に取り組んでいる。成体では、バレル野第4層の神経細胞は1個のバレルに向けて非対称的に樹状突起を伸ばすことにより、1本のヒゲからの入力を大脳皮質に伝える視床皮質軸索と選択的にシナプスを作っている。昨年度までの研究により、新生仔マウスのバレル野第4層神経細胞の樹状突起形態の変化を1時間ごとに8時間にわたりタイムラプスで観察することに成功していた。その手法を用いてイメージングを行い、本年度中に、樹状突起形態が9時点のすべてで明確に観察できる細胞を19個手に入れた。それらの細胞の樹状突起形態を観察時点間で比較することにより、（これまでの8時間間隔では難しかった）樹状突起ダイナミクスの正確な追跡が初めて可能となった。得られた4次元データを様々な観点から定量解析した結果、樹状突起やその枝の新生、退縮、さらに伸縮に関して、バレルの内側と外側で差がないことが明らかとなった。この結果は、バレル野第4層細胞が樹状突起や枝をバレル内側に選択的に作ったり、逆にバレル外側で選択的に樹状除去するのではなく、大規模な試行錯誤を行いながら樹状突起を精緻化することを示していると考えられる。

大脑皮层的神经回路在出生后的一段时间内变得复杂，受到感觉输入和自发神经活动的强烈影响，并成为负责成人高级大脑功能的复杂回路。尤其是新生儿期，是大脑皮层神经回路进行大规模精细化的重要时期，但许多在成人大脑中使用的方法并不能直接应用于新生儿大脑。由于缺乏实验方法，人们对大脑皮层精细化领域实际发生的情况知之甚少。在本研究项目中，我们使用小鼠体感皮层（桶状区域）作为模型来解决这个问题，其特点是可以从形态学上清楚地检测到出生后发育过程中依赖于神经活动的神经回路的精细化。在成年人中，桶状区域第 4 层的神经元将其树突不对称地向一根桶延伸，从而选择性地连接丘脑皮层轴突，将输入从一根胡须传递到大脑皮层，从而形成突触。通过截至去年的研究，他们成功地在每小时8小时的延时时间内观察到新生小鼠桶状区第4层神经元树突形态的变化。利用这种方法，我们进行了成像，今年我们获得了 19 个细胞，其树突形态在所有 9 个时间点都清晰可见。通过比较这些细胞在观察时间点之间的树突形态，首次可以准确跟踪树突动态（这在以前很难以 8 小时为间隔）。对获得的四维数据从各个角度进行定量分析的结果表明，在树突及其分支的新生长、回缩、膨胀和收缩方面，桶的内部和外部没有差异。。这一结果是通过大规模反复试验获得的，而不是桶区第4层的细胞选择性地在桶内产生树突和分支，或者相反选择性地去除桶外的树突，这被认为表明树突的精细化。。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Spontaneous Activity in the Whisker-Innervating Region of Neonatal Mouse Trigeminal Ganglion

新生小鼠三叉神经节晶须神经支配区的自发活动

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Piu Banerjee;Fumi Kubo;Hirofumi Nakaoka;Takuya Sato;Tatsumi Hirata;Rieko Ajima;Takuji Iwasato
通讯作者：
Takuji Iwasato

Dendritic refinement of layer 4 neurons in the neonatal barrel cortex

新生儿桶状皮层第 4 层神经元的树突细化

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takahashi Eri;Saruwatari Junji;Fujimoto Tomokazu;Tanoue Yuki;Fukuda Takaichi;Inoue Toshihiro;Takuji Iwasato
通讯作者：
Takuji Iwasato

Basic structure and cytocompatibility of giant membrane vesicles derived from paraformaldehyde-exposed human cells.

来自多聚甲醛暴露的人体细胞的巨膜囊泡的基本结构和细胞相容性。

DOI：
10.1093/jb/mvab144
发表时间：
2021
期刊：
The Journal of Biochemistry
影响因子：
0
作者：
Saya Okada;Yuta Fukai;Yuki Tanoue;Hesham Nasser;Takaichi Fukuda;Terumasa Ikeda;Hisato Saitoh
通讯作者：
Hisato Saitoh