C01 適応回路を担う網羅的細胞種センサス技術の開発

研究代表者

郷 康広

教授
兵庫県立大学
大学院 情報科学研究科

研究分担者

二階堂 愛

チームリーダー
理化学研究所
生命機能科学研究センター

適応回路の構築と遷移を担う細胞種センサス技術の開発と高度化を1細胞レベルの細胞空間・神経結合・神経機能オミクス情報を統合し、動的に変容する適応回路の分子実態を明らかにします。

 脳はその構成素子であるニューロンやニューロン間のつながりが織りなすネットワーク(神経回路)とニューロン機能をささえるグリア細胞との複雑かつ精緻なシステムとして、知覚・感覚・運動・思考・記憶などさまざまな高次機能を司ります。また、発生・発達・学習などの外部環境や体内環境の変化に対応し、それら神経回路を構築・遷移させることで、環境変化にしなやかに適応できる機能も備えています。それら精緻な適応回路の構築と遷移メカニズムを分子・細胞レベルで理解するためには、その構成要素を高解像度かつ網羅的に同定し、外部環境や体内環境の変化、あるいは人為的な摂動を加えた際の分子・細胞の変動を定量的に計測することが不可欠です。そうすることによって、計測対象とするシステムの「軟らかく・可塑的で・ダイナミックな」部分と、「硬く・定常的で・ロバストな」部分を明らかにすることができます。
 本計画研究では、それら適応回路を担う細胞タイプをセンサスするために、システムの構成要素である個々の脳神経系細胞に含まれる転写産物を中心としたオミクス情報を、高出力・高感度・完全長・多階層・空間の5次元細胞センサス技術開発・高度化により読み出し、それと並行して、領域内の連携研究として3次元モダリティー(細胞分布オミクス[空間]・神経回路オミクス[結合]・神経活動オミクス[機能])に適用します。本学術変革領域研究を通じて、生物が環境適応に応じて自らの行動や生理状態を変容させる過程で動的に変化する回路構築や回路遷移のダイナミクスを明らかにし、適応回路の実体を個々の構成要素のレベルで理解する(適応回路センサス)ことを目指します。

【研究紹介図】

主要な関連論文

  1. Nakai K et al. (2021) In vitro monitoring of HTR2A-positive neurons derived from human-induced pluripotent stem cells. Sci Rep 11: 15437.
  2. Xu C et al. (2018) Human-specific features of spatial gene expression and regulation in eight brain regions. Genome Res 28: 1097-1110.
  3. Sasagawa Y et al. (2018) Quartz-Seq2: a high-throughput single-cell RNA-sequencing method that effectively uses limited sequence reads. Genome Biol 19: 29.
  4. Hayashi T et al. (2018) Single-cell full-length total RNA sequencing uncovers dynamics of recursive splicing and enhancer RNAs. Nat Commun 9: 619.