嗅覚神経回路の可塑性における成体脳新生ニューロンが果たす役割の解明	 Functional significance of adult neurogenesis in the plasticity of the olfactory neuralcircuit京都大学	  	  	  	  	  	  今吉	  格派遣期間	  	  	  	 	  2013 年 2 月 15 日～2014 年 9 月 15 日研究機関	  	  	  	 	  Section of Neurobiology and Department of Neurosciences,University of California, San Diego, CA 92093, United States研究指導者	  	  	 Prof. Takaki KomiyamaThe olfactory bulb is one of the two major loci in the mammalian brain that incorporate newly-born neuronsto the circuitry throughout adulthood. However, the role of adult neurogenesis in olfactory processing is poorlyunderstood. I have tested the role of olfactory bulb adult-born neurons. More specifically, I have studied responseproperties of adult-born neurons and the effect of functional manipulation of adult-born neurons on response propertiesof olfactory bulb principal neurons. It is expected that our comprehensive approach with cutting-edge technology willreveal the significance of adult neurogenesis, a remarkable form of brain plasticity through the further in-depth analysis.

研究目的	 態のマウスを用いる事で、匂い学習課題遂行中の嗅マウス生後脳・成体脳で起きているニューロン新球のニューロンの神経活動をリアルタイムで記録す生の機能的意義を、神経回路レベルで明らかにするる事が可能である。哺乳類脳神経系の可塑的性質のために、二光子顕微鏡を用いた覚醒マウスの Ca2+更なる理解と、再生医療実現のための基盤的知識のイメージング法により、嗅球のニューロン新生を解充実に繋げる事を目指す。

析する。新生ニューロンと既存のニューロンの匂い	 応答性・可塑性の差異を明らかにするとともに、新研究経過	 生ニューロンを除去したマウスを用いて、嗅球の主

１ :	
 新 生 ニ ュ ー ロ ン と 既 存 の ニ ュ ー ロ ン の 匂 い要な出力ニューロンである Mitral cell(僧帽細胞)の可応答性・可塑性の差異の解析塑的変化について解析を行う。一日当たり数千個のこれまで申請者が開発してきた遺伝学技術を用い新生ニューロンがマウス嗅球に供給されている。そて、Ca2+応答性プローブである GCaMP を新生ニュのため、マウス嗅球は新生ニューロンの特異的な性ーロンに発現させて、二光子顕微鏡を用いた覚醒マ質や、新生ニューロンが神経回路の可塑性に与えるウスの長期イメージングを行った。並行して、影響を解析するのに優れたモデル系である。また、GCaMP を発現する AAV(アデノ随伴ウイルス)ベクKomiyama 博士の研究室では覚醒状態のマウスを用ターを新生ニューロンの細胞移動経路であるいて、嗅球のニューロンの神経活動の長期イメージRMS(吻側移動経路)に感染させ、嗅球に細胞移動しングに成功している。嗅球のニューロンの神経活動た新生ニューロンを観察した。新生ニューロンのほ及び可塑的な変化は、麻酔下にあるマウスとは異なとんどは顆粒細胞という抑制性ニューロンに分化しっている事を見い出されており、覚醒状態のマウスて、既存の嗅球の神経回路に組み込まれる事が知らを用いて実験する事が重要であるとともに、覚醒状れている。新生顆粒細胞と、発生期に産生された既存の顆粒細胞に、それぞれ GCaMP を特異的に発現考察	 させて、様々な匂い物質に対する応答性を比較する	  申請者はこれまで、生後脳・成体脳に存在する神ことを試みた。ウイルスベクターを新生児期のマウ経幹細胞を特異的に遺伝子操作する事が可能な遺伝スに感染させる事で、発生期に産生された既存の顆子改変マウスを、世界に先駆けて開発する事に成功粒細胞に GCaMP を発現させる事ができる。その後、した(Imayoshi et al., Genesis 2006; Imayoshi et al.,嗅球の背側領域に、二光子観察用の window(観察窓)Frontiers in Neuroscience 2011)。これらの遺伝学ツーを作成し、二光子観察を行った。今後、新生ニュールを用いて、成体脳における新生ニューロンを選択ロンと既存のニューロンの間で、匂い応答に差異が的に標識・除去する事に成功し、成体脳ニューロンみられるか、もしくは、匂い学習にともなう神経活新生の機能的意義の一端を解明した(Imayoshi et al.,動の変化に差異がみられるかどうかについて、詳細Nature Neurosci. 2008; Imayoshi et al., J Neurosci. 2014)。	 

な解析を行う予定である。- - - - - - - - - - - - - - -- - - - -	  しかし、これまでの申請者の研究は、行動学的解

２ :	  ニ ュ ー ロ ン 新 生 が 嗅 球 の 匂 い 情 報 の 出 力析を通じてニューロン新生の意義を明らかにしてきに与える役割の解析 - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - 	  	  	 たものであり、ニューロン新生の生理的意義の全容これまでの本研究者の行動解析結果において、新解明には、神経回路レベルでの新生ニューロンの機生ニューロンを除去したマウスでは、柔軟な匂い学能解析も必須である。そのためには、光遺伝学ツー習の障害が観察されている事を考えると、新生顆粒ルや多光子顕微鏡など最先端の実験技術を駆使し、細胞は嗅球の主要な出力ニューロンである Mitral神経回路レベルでのニューロン新生の機能的意義にcell の可塑性に影響を与えている可能性が考えられついて理解を深める事が必要である。今回、二光子る。顆粒細胞は側方抑制というメカニズムを通じて、顕微鏡を用いて、嗅球における新生ニューロンの機Mitral cell の神経活動に影響を与えているが、新生顆能的特異性や、ニューロン新生が嗅覚神経回路の可粒細胞が Mitral cell にどのような影響を与えるのか塑性を発現するメカニズムについて解析を行うためは全く明らかになっていない。GCaMP を Mitral cellの、実験手法を確立する事ができた。今後、より詳に発現させて、二光子顕微鏡を用いた Ca2+イメージ細な解析を行う事で、嗅球、そして海馬において、ングを行う事で、Mitral cell 集団の匂い物質に対する神経回路を構成するニューロンが入れ替るという、応答性を観察する事が可能になる。繰り返し同一の驚くべき神経回路の可塑性の機能的意義について、匂い物質を嗅がせる事や、良く似た匂い物質の識別根本的な理解につながるものと考えられる。また、学習課題を試行させている間に、Mitral cell 集団の神今後、iPS 細胞等を利用した神経細胞移植による再経活動パターンに変化が生じる事が予想される。- - 	 生医療実現のためには、移植された外因性のニューそのために、まずは二光子顕微鏡下で頭部を固定ロンの既存の神経回路への組込みを制御する事が重されたマウスに匂いと報酬(水)の関連学習をおこな要なプロセスになるが、生後脳・成体脳ニューロンわせる実験系を利用して、ニューロン新生が阻害さ新生の研究から得られる知見は、このような将来のれたマウスにおいて、行動学的解析を行った。その再生医療の重要な戦略基盤になると思われる。- - - -結果、匂い物質のカテゴリー学習において、ニュー-- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 	 ロン新生マウスはコントロールマウスに比べて課題参考文献	 遂行率が低い事を見出した。次に、ニューロン新生Imayoshi, I., Ohtsuka, T., Metzger, D., Chambon, P. andを阻害したマウスの嗅球の背側領域に、二光子観察Kageyama R. (2006) Temporal regulation of Cre用の window を作成し、かつ、AAV を用いて Mitral cellrecombinase activity in neural stem cells. Genesis 44:特異的に GCaMP の発現を誘導し、二光子観察を行233-238.

った。今後、これらのマウスが匂い物質のカテゴリー学習を行っている最中の Mitral cell の神経活動とImayoshi, I., Sakamoto, S. and *Kageyama, R. (2011)その変化を詳細に解析し、Mitral cell 集団の神経活動Geneticパターンがどのように推移しているのかについて、newbornneurons in the adult brain. Frontiers in解析を行う必要がある。- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -Neuroscience May 2;15:64.	 

methodsidentifyandmanipulateImayoshi, I., Sakamoto, M., Ohtsuka, T., Takao, K.,Miyakawa, T., Yamaguchi, M., Mori, K., Ikeda, T.,-----------------------7.

Itohara, S. and Kageyama, R. (2008) Roles of continuousneurogenesis in the structural and functional integrity ofthe adult forebrain. Nature Neuroscience 11: 1153-1161.
Sakamoto, M., Ieki, N., Miyoshi, G., Mochimaru, D.,Miyachi, H., Imura, T., Yamaguchi, M., Fishell, G., Mori,K., Kageyama, R. and *Imayoshi, I. (2014) Continuouspostnatal neurogenesis contributes to formation of theolfactory bulb neural circuits and flexible olfactoryassociative learning. The Journal of Neuroscience 34:5788-5799. - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -。
研究の発表	
 口頭発表1.

特になし2.

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------------------------------------------------------------誌上発表1.

特になし2.

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