神経回路の可塑性を制御するクロマチン動態の解析

幼年期のほ乳類の脳には、環境から受けた刺激や経験に応じて神経回路が活発に再構築される（可塑性が高まる）時期がある。これは「臨界期」と呼ばれ、生涯の中で生後の一時期にしか現れない。自閉症のモデルマウスでは臨界期の異常が示唆されているように、臨界期に神経回路網が可塑性を持つことは脳の機能発達に重要である。本研究では臨界期の制御機構を理解することを目的として、マウス大脳皮質において初めて臨界期に必須な転写因子として発見されたホメオタンパク質Otx2の下流のターゲットを探索した。Otx2が局在する抑制性ニューロンを臨界期マウス大脳皮質より分取し、トランスクリプトーム解析（RNA-seq）を行った結果、Otx2依存的に発現量が変化する遺伝子として、転写制御に関わる因子が複数同定された。従ってOtx2は転写カスケードの最上流で働き、神経細胞機能の変化を介して神経回路の可塑性を上げると考えられる。また、酸化ストレスへの対応に必須な遺伝子の発現がOtx2に強く依存することから、Otx2はPV細胞の成熟に伴う高頻度発火による酸化ストレスから細胞を保護する役割も担うことが示唆された。更に、Otx2依存的に発現が変化する遺伝子のうち、ChIP-seqによりOtx2結合部位を持つことが示されたものの中に、IEG（Immediate early-genes；最初期遺伝子）に属する一群の遺伝子が含まれることが明らかになった。暗所飼育後の光刺激による視覚野でのIEGの発現上昇を、in situ hybridization法、および免疫染色法を用いて検討したところ、Otx2 KOマウスではc-fosの発現が減弱している傾向が見られた。これらの結果より、これまでに殆ど知られていなかった抑制性ニューロンにおけるIEGの発現調節機構の一端をOtx2が担い、この制御が臨界期に重要であることが示唆された。

幼年期のほ乳類の脳には、環境から受けた刺激や経験に応じて神経回路が活発に再構築される（可塑性が高まる）時期がある。これは「臨界期」と呼ばれ、生涯の中で生後の一時期にしか現れない。自閉症のモデルマウスでは臨界期の異常が示唆されているように、臨界期に神経回路網が可塑性を持つことは脳の機能発達に重要である。本研究では臨界期の制御機構を理解することを目的として、マウス大脳皮質において初めて臨界期に必須な転写因子として発見されたホメオタンパク質Otx2の下流のターゲットを探索した。Otx2が局在する抑制性ニューロンを臨界期マウス大脳皮質より分取し、トランスクリプトーム解析（RNA-seq）を行った結果、Otx2依存的に発現量が変化する遺伝子として、転写制御に関わる因子が複数同定された。従ってOtx2は転写カスケードの最上流で働き、神経細胞機能の変化を介して神経回路の可塑性を上げると考えられる。また、酸化ストレスへの対応に必須な遺伝子の発現がOtx2に強く依存することから、Otx2はPV細胞の成熟に伴う高頻度発火による酸化ストレスから細胞を保護する役割も担うことが示唆された。更に、Otx2依存的に発現が変化する遺伝子のうち、ChIP-seqによりOtx2結合部位を持つことが示されたものの中に、IEG（Immediate early-genes；最初期遺伝子）に属する一群の遺伝子が含まれることが明らかになった。暗所飼育後の光刺激による視覚野でのIEGの発現上昇を、in situ hybridization法、および免疫染色法を用いて検討したところ、Otx2 KOマウスではc-fosの発現が減弱している傾向が見られた。これらの結果より、これまでに殆ど知られていなかった抑制性ニューロンにおけるIEGの発現調節機構の一端をOtx2が担い、この制御が臨界期に重要であることが示唆された。