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是精炼的，同时在出生后的一次受感官输入和自发神经活动的强烈影响，并成为具有成年人晚期大脑功能的复杂电路。特别是，新生儿时期是一个重要的时期，当大脑皮层中的神经回路是大规模的细化，但是成人大脑中使用的许多技术不能直接在新生儿大脑中使用。由于缺乏这种实验方法，几乎不知道在“现场”中实际发生了什么大脑皮层。该研究主题是使用小鼠体感区域（桶形区域）来解决此问题的特征，即在产后发育过程中神经活动依赖性神经回路的细化可以在形态上清楚地检测到。在成年人中，枪管区域第四层不对称的神经元将树突延伸到一个桶中，选择性地形成了带有丘脑皮质轴突的突触，从一个胡须将输入传递到大脑皮层。直到去年，研究一直成功地观察新生儿小鼠中桶田4神经元的树突形态的变化，每小时8小时。使用该技术进行了成像，在今年，在所有九个点上都以明显可见的树突形态获得了19个细胞。将这些细胞的树突形态比较在观察时间点之间，这使得首次有可能准确跟踪树突动力学（这在以前的8小时间隔很难）。从各个角度对获得的4D数据的定量分析表明，在新一代，缩回，甚至伸展树突及其分支方面，内部和枪管外部没有差异。该结果似乎表明，枪管区域精炼的树突和分支中的第4层细胞，而不是在枪管内有选择地创建树突，或者相反地选择性地将树突在枪管外面删除，而是经过广泛的试验和错误。

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