細胞多様性に基づいた神経細胞の構築メカニズム
研究代表者
下郡 智美
チームリーダー 理化学研究所 脳神経科学研究センター
HPリンク
https://cbs.riken.jp/jp/faculty/t.shimogori/
https://researchmap.jp/tshimogori
神経個性の多様性がどの様に発生段階で創出されるのか、遺伝子発現プロファイルに基づくサブタイプに着目し、内在的メカニズムと外部入力による影響とそのメカニズムを明らかにします。
神経細胞はその形態、神経伝達物質、遺伝子発現パターンなど多様性に富んでおり、この多様性が神経回路の接続様式および多様な脳機能を生み出すことに大きく影響していることは容易に想像できます。これら神経細胞の多様性が生まれるメカニズムは神経細胞が産生された場所や時期によって遺伝的に決定されている場合や、生後外界からの影響に適応して多様性を生み出している場合が考えられます。例えば大脳皮質の興奮性神経細胞は胎児期の脳室帯から産生され、radial migration によってそれぞれの層に配置されます。層ごとの多様性は神経細胞が生まれた時期や場所に依存していますが、同じ層内に存在する形態的に異なる細胞は外部からの入力に依存して形態変化を起こすことが知られています。しかし、このような神経細胞の多様性を生むメカニズムと、多様な神経回路を形成するメカニズムの詳細は明らかになっていません。本研究では、マウス大脳皮質体性感覚野細胞と入力元である視床視床腹側基底核、及び嗅覚回路をモデルとして、scRNA-seqによる大規模解析に基づく細胞種の同定、TRAP-seqによる軸索特異的に産生される因子の同定（C01郷班との共同研究）、細胞種ごとのin vivoイメージングによる神経回路形成の可視化（B01礒村、小林班）、さらに脳領域間・種間比較（A01堀江班）を行なうことで細胞多様性に基づく神経回路構築メカニズムの解明に挑みます。さらにここで明らかにされた細胞多様性と局所回路多様性がアウトプットとして成体での行動・記憶時にどのような影響をもたらすのかを明らかにします。
【研究紹介図】
最近の主要論文
- Kita Y et al. (2021) Cellular-resolution gene expression profiling in the neonatal marmoset brain reveals dynamic species- and region-specific differences. Proc Natl Acad Sci U S A. 118: e2020125118. doi: 10.1073/pnas.2020125118.
- Kinoshita N et al. (2020) Diffusible GRAPHIC to visualize morphology of cells after specific cell-cell contact. Sci Rep. 10 (1): 14437. doi: 10.1038/s41598-020-71474-0.
- Kinoshita N et al. (2019) Genetically Encoded Fluorescent Indicator GRAPHIC Delineates Intercellular Connections. iScience. 15: 28-38. doi: 10.1016/j.isci.2019.04.013.
- Onodera J et al. (2021) Neuronal brain-derived neurotrophic factor manipulates microglial dynamics. Glia, 69: 890-904, https://doi.org/10.1002/glia.23934
- Miyawaki T et al. (2020) Visualization and molecular characterization of whole-brain vascular networks with capillary resolution. Nat. Commun. 11: 1104, https://doi.org/10.1038/s41467-020-14786-z
- Nakashima A et al. (2019) Structured spike series specify gene expression patterns for olfactory circuit formation, Science, https://doi.org/10.1126/science.aaw5030
