Country：Japan

Country：Japan

Country： Japan

Authorship：Principal investigator 

Grant amount：\4810000 （ Direct Cost: \3700000 、 Indirect Cost：\1110000 ）

脳幹聴覚回路は、音が左右の耳に到達する際の1ミリ秒にも満たないわずかなずれ（両耳間時差）を検出して音源定位に寄与する。鳥類の脳幹では大細胞核（NM）から層状核（NL）へ投射する軸索が音の周波数ごとに両耳情報を統合するユニークな配線パターンを構築していて、これによって両耳間時差を活動する細胞の場所情報として符号化している。本研究では、in vivoスクリーニングにより両耳間時差検出を支える配線パターンの構築メカニズムにアプローチする。

Authorship：Principal investigator 

Grant amount：\4160000 （ Direct Cost: \3200000 、 Indirect Cost：\960000 ）

オリゴデンドロサイトは脳領域ごとに異なる形態や遺伝子発現を示す。このオリゴデンドロサイトの不均一性(heterogeneity)は、両耳間時差を検出する脳幹聴覚回路において左右の耳に入力する音情報の正確な統合に重要であると考えられている。本研究では、申請者が独自に確立したニワトリ胚脳幹聴覚回路における細胞種特異的な遺伝子操作技術と3次元回路形態の定量解析技術を駆使して、オリゴデンドロサイトの領域差が形成される過程を詳細かつ多角的に解析する。さらに機能的介入によりオリゴデンドロサイト不均一性を生み出すメカニズムにアプローチする。
オリゴデンドロサイトは脳領域ごとに異なる形態や遺伝子発現を示す。このオリゴデンドロサイトの不均一性がどのような機能的意義を持ち、どのように生み出されるのかについてはまだほとんど理解が進んでいない。脳幹聴覚回路では、領域ごとに異なる長さのミエリンを形成して軸索配線の伝導距離の差を相殺することで、左右の耳に入力する音情報を正確に統合している。それによってマイクロ秒レベルの時間差（両耳間時差）を検出し、音源定位に寄与する。本研究では、研究代表者が独自に確立した複数の実験技術を駆使して、両耳間時差の検出を支えるオリゴデンドロサイト形態の領域差を多角的に解析し、領域差を生み出すメカニズムを明らかにすることを目的とする。
令和3年度は、ランビエ絞輪の成熟過程における領域差の有無について検証した。ランビエ絞輪はミエリンに挟まれた軸索領域で、電位依存性ナトリウムチャネルをはじめとする分子群が集積している。発達過程では、まず片側のみにミエリンが接するヘミノードを形成したのち、両側にミエリンが接する未熟ノードとなり、さらに分子局在の区画化と短縮化が進んだ成熟ノードとなる。脳幹聴覚回路においては、E15からヘミノードがみられはじめ、P3でほぼすべてが成熟ノードとなった。各発達段階におけるランビエ絞輪の形態に領域差はみられなかったことから、ランビエ絞輪の成熟は各領域で同時に進行することが示唆された。その他、いくつかの技術的課題解決に着手し、オリゴデンドロサイト前駆細胞の標識、免疫染色した200umスライスでの高解像度3Dイメージング法、A3Vによる大細胞核ニューロンの感染効率向上、脳幹聴覚回路の発達過程を再現可能な後脳の器官培養法といった複数の技術を確立した。
令和３年度はミエリンを形成する軸索側の発達過程について重要な知見を得るとともに、脳幹聴覚回路の発達メカニズムを研究する上で重要となるいくつかの要素技術を確立した。この点において、当初の計画どおりの進展を遂げていると判断した。
前年度までの研究から、大細胞核ニューロンから分泌される放出性の伝達物質によって神経核近傍領域においてオリゴデンドロサイト前駆細胞の分裂が促進され、対側投射領域よりも細胞密度が高くなっている可能性が示唆された。令和４年度は、これまで確立した要素技術を組み合わせ、成熟オリゴデンドロサイトの密度やミエリン長の変化についても定量的に解析するとともに、オリゴデンドロサイト前駆細胞のカルシウムイメージングにより放出性の伝達物質の特定を目指す。

Authorship：Principal investigator 

Grant amount：\4940000 （ Direct Cost: \3800000 、 Indirect Cost：\1140000 ）

The underlying principles that allow axons to compete with each other to mature their connections to target cells during developmental neural reorganization are still poorly understood. To experimentally test the hypothesis that the number of targets dominated by each axon depend on the number of competitors, we used ciliary ganglion synapses as a model system in which presynaptic connections converge from one-to-many to one-to-one during development. We quantitatively assessed axon projection patterns when the number of presynaptic neurons is genetically thinned out. As a result, halving the number of presynaptic neurons did not change the number of synapses formed by axons, and the number of postsynaptic neurons also decreased. This result suggests that the number of targets dominated by each axon may be destined by endogenous molecular/cellular mechanisms, rather than by the number of competitors.