国名：日本国

国名：日本国

国名： 日本国

担当区分：研究代表者 

配分額：4810000円 （ 直接経費：3700000円 、 間接経費：1110000円 ）

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。

担当区分：研究代表者 

配分額：4160000円 （ 直接経費：3200000円 、 間接経費：960000円 ）

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。

担当区分：研究代表者 

配分額：4940000円 （ 直接経費：3800000円 、 間接経費：1140000円 ）

発達期の神経回路再編の過程において、シナプス前軸索同士が競合しながら標的細胞との接続を成熟させていく際の基盤原理はまだほとんど理解が進んでいない。本研究では、軸索の標的支配数は競合相手の数に依存するという仮説を実験的に検証するため、シナプス前後の接続関係が発達に伴い1対多から1対1へと収束する毛様体神経節シナプスをモデルとして、シナプス前ニューロン数を遺伝子工学的に間引いた際の軸索の投射パターンを定量的に評価することで、標的支配数が変化するか否かを調べた。その結果、シナプス前ニューロン数を半数程度まで減少させても標的支配数の変化は見られず、シナプス後ニューロンの細胞数が連動して減少した。
発達期における神経回路の再編は、脳の発達の根幹を成す現象の1 つである。学習の臨界期の神経基盤として広く認識されているほか、発達期再編の異常は統合失調症や自閉症、共感覚の原因であるという指摘もされている。本研究で得られた成果は、軸索の標的支配数は競合相手の数ではなく、内因的な分子・細胞メカニズムによって運命づけられている可能性を示唆し、今後のさらなる研究の発展が期待される。