Role of axonal inputs in circuit formation

轴突输入在电路形成中的作用

• 批准号: 18J10215
• 负责人: 藍原 周平
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J10215/
• 关键词: マウス; 嗅覚系; 神経回路形成; 樹状突起

発達初期の哺乳類の脳では神経細胞は過剰に樹状突起を伸ばしており、次第にその形態を再編成することで成熟した神経回路を獲得する。この形態再編成は分泌型・膜貫通型タンパクや神経活動などの入力を受けて行われるが、これら2つのシグナルがどのようにして形態再編成を制御してるのかはよくわかっていない。そこで本研究ではマウス嗅覚系をモデルとして、この形態再編成の分子機構を解明することを目的とした。昨年度の研究によりBMPR2という受容体がLIMKを制御することで、樹状突起の刈込および安定化に寄与することを発見した。またこのLIMKがRac1によって活性化されることで、樹状突起の安定化が促進されることも明らかにした。そこで今年度はBMPのシグナルがどこから来ているのか、またRac1がどのようにして活性化されるのかを調べた。まずBMPR2と結合する13種類のBMPを対象に、嗅上皮・嗅球で定量的PCRを行った。そして発現していたBMPを1種類ずつ過剰発現させ形態に与える影響を調べた。その結果BMP2/4が樹状突起の刈込を阻害することがわかった。次にin situ hybridizationを行い、BMP2/4の発現細胞が共に嗅球表面に局在していることがわかった。Rac1は神経活動によって活性化されることがスパインの研究で知られている。それが樹状突起でも起こっているかを検証するため、FRETイメージングを嗅球のスライスサンプルを用いて行った。その結果Rac1がNMDA投与、つまり神経活動によって活性化されることを確認した。これまでの研究結果より、樹状突起再編成にはBMPと神経活動の２つのシグナルが必要であることがわかった。これら２つの制御があることで樹状突起再編成を厳密にコントロールすることが可能になっているのかもしれない。

在早期发育的哺乳动物大脑中，神经元过度延伸其树突，并逐渐重组其形态以获得成熟的神经回路。这种形态重组是响应分泌蛋白和跨膜蛋白以及神经活动等输入而进行的，但目前尚不清楚这两个信号如何控制形态重组。因此，在本研究中，我们旨在以小鼠嗅觉系统为模型来阐明这种形态重组的分子机制。去年的研究表明，一种名为 BMPR2 的受体通过控制 LIMK 来促进树突修剪和稳定。他们还发现，Rac1 激活 LIMK 可以促进树突稳定。因此，今年我们研究了BMP信号从何而来以及Rac1是如何被激活的。首先，针对与 BMPR2 结合的 13 种 BMP，对嗅上皮和嗅球进行定量 PCR。然后我们过表达每种类型的 BMP 并检查其对形态的影响。结果表明BMP2/4抑制树突修剪。接下来，我们进行原位杂交，发现两种 BMP2/4 表达细胞都位于嗅球表面。从脊柱研究中得知，Rac1 是由神经活动激活的。为了验证这种情况是否也发生在树突中，使用嗅球切片样本进行 FRET 成像。结果证实，Rac1 是通过 NMDA 施用（即通过神经活动）激活的。先前的研究结果表明，树突重组需要两个信号，BMP和神经活动。这两种控制可能使得精确控制树突重组成为可能。

项目成果

Bidirectinal regulation of actin fiber stability and dendrite remodeling by BMPR2 in mitral cells

二尖瓣细胞中 BMPR2 对肌动蛋白纤维稳定性和树突重塑的双向调节

• 发表时间: 2020
• 作者: 藍原周平;今井猛
• 通讯作者: 今井猛