文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究 シナプス・ニューロサーキットパソロジーの創成

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研究領域【新技術】

計画研究

林グループ

研究課題名 行動動物脳深部神経回路の可視化技術の開発と神経回路の生理・病理下での安定性の研究

シナプス可塑性により神経細胞間の結合が強くなると、同時発火する神経細胞の集合である神経細胞集成体が形成される。これは、神経情報処理の高次の単位と考えられているが、その動的な解明は遅れていた。本研究では、海馬の神経細胞集成体が学習行動に伴いどのような挙動を示すかを観察することで、神経細胞集成体の動作原理を探っていく。このために二光子顕微鏡下の仮想現実空間に動物をおき、そこで空間学習を行わせる。ニューロン活動はカルシウムを指標に観察する。まず、生理条件下で特徴を明らかにし、その上で他研究グループと共同で、種々疾患モデルに於ける神経細胞集成体を検出していく事で、動的な側面からニューラルサーキットパソロジーの概念を確立する。

井上グループ

研究課題名 人工多能性幹細胞作製技術を応用した神経変性疾患細胞機能・回路異常の解明

神経変性疾患は、ある特定のニューロンが選択的に変性・死滅することによって生じる難治性疾患である。診断は臨床症状・各種検査などを併せても苦渋する場合も多い。また、治療法が確立しておらず、病態解明に基づく新規治療法の開発が必要である。iPS細胞作製技術を用いることによって、これまで入手が困難であった神経変性疾患患者の神経系細胞の入手が可能になった。患者由来iPS細胞は、最も正確に患者の遺伝情報を反映しうる細胞であり、本研究においても最も重要なリソースの1つである。本研究計画では、iPS細胞をさまざまな系譜の神経系細胞へ分化誘導し、疾患・非疾患比較等により、神経変性疾患における神経機能障害・回路異常病理の解明を行う。

公募研究(H25-26)

平野グループ

研究課題名 シナプス後膜における受容体の局在・動態へのアミロイドβの作用

カバーガラス面をニューレキシンでコートし、その上で海馬神経細胞を培養することで、シナプス後膜様構造をガラスに面して形成させる。そして、神経細胞で発現させた蛍光標識グルタミン酸受容体のシナプス後膜内外での動態を、全反射顕微鏡を用いて高シグナル・ノイズ比・高時空間分解能で記録する。私たちが開発したこの新実験手法を用いて、アルツハイマー病にかかわるアミロイドβのグルタミン酸受容体動態への作用を明らかにし、アルツハイマー病初期のシナプス病態解明に寄与することをめざす。アルツハイマー病においては、アミロイドβがグルタミン酸受容体の局在変化を伴う長期増強発現を抑えることが知られている。

岡田(誠司)グループ

研究課題名 トランスクリプトーム解析による移植神経幹細胞のシナプス再生過程の解明

神経変性疾患や中枢神経外傷によるニューロサーキットの脱落や欠失に対して、神経幹細胞を移植することで失われた細胞を補充し、ニューロサーキットの再生を行うことが可能なのではないかと期待されている。本研究においては、セルソーターやレーザーマイクロダイセクションを用いて損傷脊髄中に生着した神経幹細胞を選択的に回収し、トランスクリプトームを行うことで、移植された神経幹細胞がin situにおいてシナプス形成過程で発現する分子変化を明らかにし、生着した細胞が機能的なニューロサーキットを形成しているかどうかを明らかにする。さらに、移植部位より遠位における発現遺伝子の変化全体を捉えることで、生着細胞がニューロサーキット全体に与える影響を抽出し、神経幹細胞移植による治療効果の定量化を目指す。

村松グループ

研究課題名 AAVベクターを応用した神経変性疾患の病態解析

アデノ随伴ウイルス (AAV)ベクターは、神経細胞に効率よく目的遺伝子を導入し長期発現することができる。パーキンソン病の遺伝子治療用ベクターとして臨床応用も開始されている。私たちは、血管内投与型AAVベクターを応用して神経変性疾患のモデル動物を作製し、病態の解明を目指す。成体動物に遺伝子導入することにより、発生過程の影響のないモデル動物を作製する。脳と脊髄の広範な領域の神経細胞とグリア細胞に病態と関連する分子を供給し、神経細胞が変性脱落する過程を再現する。小動物に加えて霊長類のモデル動物を作製する。in vivo imagingを含む解析を実施しシナプス病態の解明を目指す。

岡田(洋平)グループ

研究課題名 疾患特異的細胞iPS細胞を用いたニューロマスキュラーパソロジーの解析

多くの神経変性疾患の病態解析や治療法の開発が進まない要因として、患者の病態を正確に反映する疾患モデルが欠如していることがあげられる。患者由来体細胞から樹立される疾患特異的ヒトiPS細胞は、様々な疾患感受性細胞へと分化誘導することで患者由来の細胞による疾患モデルを作成することができるため、実際の患者の病態に即した解析が可能になる。本研究では、ヒトES細胞・iPS細胞が、様々な細胞種へと分化可能であることを利用し、神経筋疾患患者由来体細胞から樹立したヒトiPS細胞を、運動ニューロン及び骨格筋細胞へと分化誘導し、それぞれの細胞種自律的な病態を解析するのみならず、分化誘導した細胞の共培養による新たなニューロマスキュラーモデルを作成し、細胞間相互作用に基づく病態に迫る。

公募研究(H23-24)

平野グループ

研究課題名 シナプス関連分子の機能解析を促進する新手法の開発

シナプス関連分子の動態とはたらきを調べるための二つの新研究手法の確立をめざす。一つは、ガラス面上にシナプス後膜様構造を形成させ、全反射顕微鏡を用いて高シグナル・ノイズ比で蛍光観察を行う実験方法である。この手法により、シナプス関連タンパク質のシナプス後膜とその近傍における動態を、1分子レベルで可視化できるようにする。もう一つは、非神経細胞でシナプス関連タンパク質を発現させて、シナプス後部様構造を人工的に構築し、各タンパク質のはたらきを明らかにする試みである。この手法は、シナプス構造形成と機能発現に必要不可欠な分子ネットワークと各分子のはたらきの解明に寄与できると考えている。

村松グループ

研究課題名 血管内投与型AAVベクターによる神経変性疾患の病態解析

アデノ随伴ウイルス (AAV)ベクターは、神経細胞に効率よく目的遺伝子を導入し長期発現することができる。パーキンソン病の遺伝子治療用ベクターとして臨床応用も開始されている。私たちは、血管内投与型AAVベクターを応用して神経変性疾患のモデル動物を作製し、病態の解明を目指す。成体動物に遺伝子導入することにより、発生過程の影響のないモデル動物を作製する。脳と脊髄の広範な領域の神経細胞とグリア細胞に病態と関連する分子を供給し、神経細胞が変性脱落する過程を再現する。小動物に加えて霊長類のモデル動物を作製する。in vivo imagingを含む解析を実施しシナプス病態の解明を目指す。

岡田グループ

研究課題名 パーキンソン病患者由来ヒトiPS細胞を用いたシナプス病態の解析

多くの神経変性疾患の病態解析や治療法の開発が進まない要因として、病態モデルが欠如していることがあげられる。この問題を克服するために、私たちは、神経疾患患者由来体細胞から疾患特異的ヒトiPS細胞を樹立し、神経系細胞へと分化誘導することで、患者の遺伝情報を持った疾患のモデル細胞、病態モデルを作成してきた。本研究では、パーキンソン病患者の線維芽細胞からヒトiPS細胞を樹立し、神経系細胞へと分化誘導することで、パーキンソン病モデル細胞を作製する。また、この細胞を用いて神経細胞死がどのようにして引き起こされるのかを様々な角度から解析し、パーキンソン病の病態に迫る。

山本グループ

研究課題名 疾患患者由来iPS細胞の神経系分化誘導による中枢神経発達障害の病態解析

小児神経疾患は、自閉性障害などの発達障害から、重度の精神発達遅滞や難治てんかんなど、さまざまな疾患が含まれるが、アレイCGHによる網羅的なゲノムコピー数解析や次世代シーケンサーによるエクソーム解析などにより、非常に稀な疾患責任変異も明らかにすることが可能となった。本研究では、これらの手法により、疾患責任変異を明らかにすることができた小児神経疾患患者から、皮膚線維芽細胞の提供を受け、iPS細胞を樹立させ、神経系に分化誘導させることにより、疾患変異が細胞にどのように機能不全を起こし、中枢神経の形態異常やシナプス伝達異常を引き起こすのかを明らかにすることを目指す。

岩田グループ

研究課題名 アルツハイマー病病理形成におけるニューロン―グリアネットワークの相互作用の解析

ネプリライシン(NEP)は、シナプス前膜に局在してアルツハイマー病(AD)の発症に中核的役割を果たすアミロイドβペプチド(Aβ)を分解し、Aβによるシナプス毒性に保護的に作用する。最近の研究で、NEP活性の低下は、グリア細胞由来グルタミニルシクラーゼ(QC)を誘導して、脳内炎症の増悪化とAβの代謝的安定化をもたらすことが明らかになっている。本研究では新規に開発した血管内投与型脳内発現ウイルスベクターを用いて、NEPノックアウトマウスやADモデルマウスの神経細胞やグリア細胞に各々NEP遺伝子やQC siRNAを導入し、神経細胞―グリア間の相互作用を詳細に解析すると共に遺伝子治療効果について検討する。

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