分化状態の細胞間格差プロファイリングによる適応回路構築機構の解読

哺乳類の大脳皮質では、胎児期に形成された大まかな神経接続が生後発達期に再編され、高次脳機能に適応した機能的回路が構築されます。発達期の神経回路再編には、遺伝子発現変化を伴う神経細胞の形態・機能分化が重要な役割を担っており、分子機構の理解にはRNA-seq等による発現変動遺伝子の網羅的探索が有効だと考えられます。しかしその一方で、発達初期の脳では、個々の神経細胞間で分化状態の格差が大きいために、ヘテロな神経細胞集団を全て「同一齢の細胞」として扱う解析方法ではスクリーニング精度の低下が避けられず、回路再編の制御遺伝子を同定することが難しくなります。本研究ではこの課題を解決するために、「分化状態の不均一性」という発達初期脳の特徴を逆手にとったアプローチを導入します。具体的には、マウスのヒゲ触覚処理を担うバレル回路をモデルとして、大脳皮質バレル野L4神経細胞から複数の分化パラメータ（発火のヒゲ特異性、樹状突起形態の成熟度など）を抽出した後、レーザーキャプチャーマイクロダイセクション（LCM）を用いて細胞のアイデンティティを維持したまま当該細胞のRNAを取得しトランスクリプトーム解析を行います。各細胞について分化状態と遺伝子発現とを照合する“個別調査”を行い、バレル回路再編に関与する遺伝子を高精度で絞り込みます。さらに、生体内遺伝子操作と形態解析・カルシウムイメージングを組み合わせて、神経細胞の形態・機能分化における候補遺伝子の寄与を明らかにします。この「分化状態の細胞間格差プロファイリング」によって、発達期大脳皮質において適応回路構築を制御する分子機構の解明を目指します。

文献

• Nakagawa N et al. (2019) Memo1-mediated tiling of radial glial cells facilitates cerebral cortical development. Neuron 103: 836-852.
• Nakagawa N et al. (2017) APC sets the Wnt tone necessary for cerebral cortical progenitor development. Genes Dev 31: 1679-1692.
• Nakagawa N et al. (2015) Ectopic clustering of Cajal-Retzius and subplate cells is an initial pathological feature in Pomgnt2-knockout mice, a model of dystroglycanopathy. Sci Rep 5: 11163.