神経回路の可塑性を制御するクロマチン動態の解析

控制神经回路可塑性的染色质动力学分析

• 批准号: 12J40156
• 负责人: 酒井 晶子
• 金额: $ 2.76万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-26 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J40156/
• 关键词: 臨界期; 神経可塑性; ChIP-seq; トランスクリプトーム; クロマチン; 抑制性ニューロン; 最初期遺伝子; Otx2; 転写制御; ホメオタンパク質

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。

在儿童哺乳动物的大脑中，曾经有一段时间神经回路对刺激和从环境中获得的经验进行积极重建（增加可塑性）。这被称为“关键时期”，仅在生命之后出现。由于在自闭症的小鼠模型中已经提出了关键时期异常，因此在关键时期，神经网络的可塑性对于大脑功能发展很重要。在这项研究中，我们探索了同种蛋白OTX2的下游靶标，该靶标在小鼠大脑皮层的关键时期首次被发现是必不可少的转录因子，目的是了解关键时期的机制。从关键的小鼠脑皮质中收集了与OTX2定位的抑制性神经元，并进行了转录组分析（RNA-SEQ），并将涉及转录调控的多个因素鉴定为基因，其表达水平以OTX2依赖性方式变化。因此，人们认为OTX2在转录级联反应的最上游起作用，并通过神经元功能的变化来增加神经回路的可塑性。此外，由于对氧化应激必不可少的基因的表达在很大程度上取决于OTX2，因此建议OTX2在保护细胞免受与PV细胞成熟相关的高频射击引起的氧化应激方面发挥作用。此外，在以OTX2依赖性方式变化的基因中，Chip-Seq表明它具有OTX2结合位点，已经揭示了一组属于IEG的基因（直接的早期生物）。当使用原位杂交和免疫染色研究在黑暗中饲养后光刺激引起的视觉皮层中的IEG表达增加时，在OTX2 KO小鼠中有C-FOS表达的趋势。这些结果表明，OTX2在抑制性神经元中IEG表达调节的先前未知机制是其中的一部分，并且在关键时期，该调节很重要。

项目成果

ホメオタンパク質Otx2のChIP-seqおよびトランスクリプトーム解析による神経可塑性制御因子の同定

通过 ChIP-seq 和同源蛋白 Otx2 转录组分析鉴定神经可塑性调节因子

• 发表时间: 2015
• 作者: 陳永福;酒井 晶子・中戸 隆一郎・飯島 友也・原 範和・桑野 良三・白髭 克彦 ・杉山 清佳
• 通讯作者: 酒井 晶子・中戸 隆一郎・飯島 友也・原 範和・桑野 良三・白髭 克彦 ・杉山 清佳

Otx2のChIP-seqおよびトランスクリプトーム解析による神経可塑性の制御因子の同定

通过 ChIP-seq 和 Otx2 转录组分析鉴定神经可塑性调节因子

• 发表时间: 2014
• 作者: Estoque;R.C. and Murayama;Y.;川中子義勝;陳永福;酒井 晶子・中戸 隆一郎・飯島 友也・原 範和・桑野 良三・白髭 克彦 ・杉山 清佳
• 通讯作者: 酒井 晶子・中戸 隆一郎・飯島 友也・原 範和・桑野 良三・白髭 克彦 ・杉山 清佳

Identification of plastic genes by transcriptome and ChIP-seq of Otx2 homeoprotein

通过 Otx2 同源蛋白转录组和 ChIP-seq 鉴定塑料基因

• 发表时间: 2014
• 作者: Akiko Sakai;Ryuichiro Nakato;Norikazu Hara;Yuchio Yanagawa;Ryozo Kuwano;Katsuhiko Shirahige;Sayaka Sugiyama
• 通讯作者: Sayaka Sugiyama

Comprehensive identification of the downstream targets of Otx2 homeoprotein in cortical plasticity /臨界期を制御するホメオタンパク質Otx2の下流因子の網羅的探索

全面鉴定皮质可塑性中Otx2同源蛋白下游靶点/全面寻找控制关键期的同源蛋白Otx2下游因子

• 发表时间: 2013
• 作者: Estoque;R.C. and Murayama;Y.;酒井 晶子・中戸 隆一郎・原 範和・桑野 良三・白髭 克彦 ・杉山 清佳
• 通讯作者: 酒井 晶子・中戸 隆一郎・原 範和・桑野 良三・白髭 克彦 ・杉山 清佳

ホメオタンパク質Otx2のChIP-seqおよびトランスクリプトーム解析による臨界期制御因子の同定

通过 ChIP-seq 和同源蛋白 Otx2 转录组分析鉴定关键期调节因子

• 发表时间: 2014
• 作者: Estoque;R.C. and Murayama;Y.;CHUNG Hyun Jeon;酒井 晶子・中戸 隆一郎・原 範和・桑野 良三・白髭 克彦 ・杉山 清佳
• 通讯作者: 酒井 晶子・中戸 隆一郎・原 範和・桑野 良三・白髭 克彦 ・杉山 清佳