経時的に変化する神経活動を分子発現へと変換する転写調節機構

将暂时变化的神经活动转化为分子表达的转录调节机制

基本信息

批准号：
20J01576
负责人：
伊原尚樹
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

神経活動は、活動電位という電気パルスを単位とするスパイク列であり、そのパターンは時間情報である。活動依存的な遺伝子発現に関する研究は古くから行われているものの、経時的に変化する情報をいかにして細胞内の分子が読み取り、多様な遺伝子発現へと変換しているのかについて、これを説明する具体的なシグナル伝達機構は明らかになっていなかった。本研究では、神経活動パターンと遺伝子発現をつなぐ分子モデルとして、神経活動の下流に存在する転写調節因子がそれぞれ固有のカルシウム結合能・親和性をもち、特定の神経活動パターンのみに対して活性化することで上述のような活動パターンのデコーディングを可能としていると考え、嗅細胞に発現する転写調節因子の網羅的なノックアウトマウス作製および解析を行った。まず、網羅的な転写調節因子のノックアウト解析から軸索選別分子の発現制御に関わる転写調節因子を明らかとした。具体的には、軸索選別分子Kirrel2の発現には促進的、PCDH10の発現には抑制的に働く転写調節因子を同定した。また、PCDH10の発現に促進的に関わる転写調節因子の同定に成功し、転写調節因子同士の関係性を解明する実験を試みた。さらに、各転写調節因子のノックアウトマウスにおけるRNA-seq解析を行うことで、それぞれの転写調節因子の下流で発現変化が見られる軸索選別分子の存在を網羅的に明らかとした。これらの結果から、特定の神経活動パターンは細胞内でカルシウム濃度変動を引き起こし、特定のカルシウム依存的な転写調節因子を活性化することで、その下流に存在する複数の軸索選別分子の発現を制御していることが明らかとなった。また、転写調節因子同士およびその下流でのクロストークを介することで、軸索選別分子の発現レベルを複雑にコントロールしており、分子の発現の多様性を作り出していることが想定された。

神经活动是一系列称为动作电位的尖峰，即电脉冲，它们的模式是时间信息。尽管对活动依赖性基因表达的研究已经进行了很长时间，但解释这一点的特定信号传导机制尚不清楚细胞中的分子如何读取随时间变化并将其转化为多种基因表达的信息。在这项研究中，我们认为，作为一个连接神经活动模式和基因表达的分子模型，位于神经活动下游的转录调节剂每个人都具有独特的钙结合能力和亲和力，并且只能激活特定的神经活性模式，从而可以解码上述活性模式。我们进行了全面的基因敲除小鼠，以产生和分析嗅觉细胞中表达的转录调节剂。首先，我们揭示了通过全面的敲除分析来控制轴突选择分子表达的转录调节剂。具体而言，鉴定了促进轴突选择分子Kirrel2表达并抑制PCDH10表达的转录调节剂。此外，我们成功地确定了促进PCDH10表达的转录调节剂，并尝试了一个实验来阐明转录调节剂之间的关系。此外，在存在轴突选择的分子的存在下，对敲除小鼠中每个转录调节剂的RNA-seq分析是全面明显的，这些分子在每个转录调节剂的表达下游表现出变化。这些结果表明，特定的神经活性模式会导致细胞内钙浓度的变化，并通过激活特定的钙依赖性转录调节剂，它调节在下游存在的多个轴突选择分子的表达。还假定，通过转录调节剂及其下游串扰之间的中介，轴突选择的分子的表达水平很复杂，从而产生了各种分子表达。