発達期の神経活動レベル調節による大脳半球間投射制御の解明

通过调节发育过程中的神经活动水平来阐明大脑半球间投射的控制

• 批准号: 22K06446
• 负责人: 玉川 直
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kagoshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06446/
• 关键词: gap junction; イオンチャネル; 大脳皮質; 半球間投射; 大脳皮質第５層; 神経活動; 半球間投射発達; 脳疾患

大脳皮質の半球間投射は、左右の半球を正しく神経接続することで高度な脳機能を生む重要な構造である。その発達機構はマウスの第2/3層の神経細胞が持つ投射を対象に詳しく調べられ、生後１－２週に急速に発達すること、同時期の神経活動がその発達制御の一端を担うことがわかっている。しかし、神経活動レベルを調節する機構はよくわかっていない。また、半球間投射は主に第2/3層と第５層の神経細胞が作るが、第５層細胞の投射は方法論の難しさから研究が進んでいない。応募者はこれまでの研究で、半球間投射を持つ第５層の神経細胞が、投射の発達時期にgap junction (GJ)で密に結合し合うネットワークを持ち(Science 358, 610, 2017)、神経細胞間の活動レベルを均一化することを明らかにした(Neuroscience 406, 1, 2019)。GJネットワークによる神経活動レベル調節が半球間投射の発達を制御している可能性が示唆される。そこで本研究では、「1. 第2/3層の半球間投射のGJによる制御」、「2. 第5層の半球間投射の発達過程とGJによる制御」、「3. GJ操作による投射異常が個体レベルに及ぼす影響」を明らかにする。1.に関しては、第2/3層細胞のGJ機能を亢進または抑制して半球間投射を解析したところ、一定の影響が見られた。今後は例数を増やしつつ詳細を解析していく。2.に関しては、第５層細胞への子宮内エレクトロポレーション法による遺伝子導入はすでに習熟しており、第５層細胞に特異的に遺伝子導入するための遺伝子改変マウスを繁殖させている。3.に関しては、必要となる新生児マウスからの脳活動イメージング手法の論文を投稿し最近受理された（STAR Protocols, 2023.03.28受理）。

大脑皮层中的半球间投射是通过正确连接左右半球来产生高级大脑功能的重要结构。通过针对小鼠第二层和第三层神经元的投射来详细研究发育机制，发现出生后的前1至2周内发育迅速发生，并且同期神经活动发挥作用我知道控制这一发展的一部分。然而，调节神经活动水平的机制尚不清楚。此外，半球间投影主要由第 2/3 层和第 5 层神经元产生，但由于方法上的困难，来自第 5 层细胞的投影尚未得到太多研究。申请人之前的研究表明，具有半球间投射的第5层神经元在投射发育期间形成一个网络，其中它们通过间隙连接（GJ）紧密连接（Science 358, 610, 2017）。它均衡了神经元之间的活动水平 (Neuroscience 406, 1, 2019)。这表明 GJ 网络对神经活动水平的调节可能控制半球间投射的发展。因此，在本研究中，我们重点关注“1. GJ对第2/3层半球间投影的控制”，“2.第5层半球间投影的发展过程和GJ的控制”，“3.由于 GJ 操纵而导致的异常预测。”这项研究的目的是阐明以下因素的影响：关于1.，当我们通过增强或抑制2/3层细胞的GJ功能来分析半球间投射时，观察到了某些效果。未来我们会增加案例数量并分析细节。关于2.，我们已经熟练地通过子宫内电穿孔将基因导入到第五层细胞中，并且我们正在培育转基因小鼠，专门将基因导入到第五层细胞中。关于3.，我们最近提交了一篇关于新生小鼠必要的大脑活动成像方法的论文并被接受（STAR Protocols，于2023年3月28日接受）。

项目成果

Cell type-specific gap junction network of excitatory neurons in the developing neocortex

发育中的新皮质中兴奋性神经元的细胞类型特异性间隙连接网络

• 发表时间: 2019
• 作者: 中川 直;細谷 俊彦
• 通讯作者: 細谷 俊彦