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脳の細胞社会ダイバーシティーをもたらす複雑な神経ネットワーク形成メカニズム

研究代表者 
八木健
大阪大学 大学院生命機能研究科
http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/yagi/index.htm

研究概要

脳神経系は多種多様な細胞から構成された複雑なシステムであり、多様な神経細胞集団の活動により数限りない神経情報や記憶が生み出される。これまで、複雑なシステムである免疫系や嗅神経系では、免疫グロブリンやT細胞受容体、匂い受容体等の多様化した遺伝子群の発見と同定により、個々の細胞の個性獲得と機能形成メカニズムが解析され、獲得免疫や免疫記憶、自己と非自己、匂い情報処理システムが分子メカニズムとして解明されてきた。よって、複雑な脳神経系を理解するためには、個々の神経細胞の多様性をもたらす遺伝子群を用いて、個々の神経細胞が個性を獲得し複雑な神経ネットワークを形成するメカニズムを明らかにする必要がある。我々はこれまでに、脳で発現している多様化細胞接着分子群であるクラスター型プロトカドヘリン(cPcdh)遺伝子群を発見し、この遺伝子群が免疫グロブンリンと類似した可変領域と定常領域からなる遺伝子クラスターを構成し、個々の神経細胞ごとに異なるランダムな組み合わせ発現をしていることを明らかにしてきた。また、このcPcdh遺伝子の個々の神経細胞におけるランダム発現は発生過程の初期に発現するDnmt3bによるDNAメチル化、クロマチン構造制御因子CTCF、ヒストン修飾酵素であるSetdb1により制御されていることを明らかにしてきた。更に、cPcdh遺伝子群が大脳皮質の個々の神経細胞の細胞系譜依存的な神経細胞間ネットワーク、個々の神経細胞の活動パターン制御に関与していることが明らかとなっており、個々の神経細胞におけるcPcdh遺伝子群のランダムな組み合わせ発現による個性獲得と神経ネットワーク形成が、複雑な神経ネットワーク形成や神経細胞集団の活動制御に関わっている可能性を強く示唆してきた。本新学術研究では、1神経細胞におけるcPcdh遺伝子群のランダム発現と神経ネットワーク形成を捉え操作することにより、脳の細胞社会ダイバーシティーをもたらす複雑な神経ネットワーク形成メカニズムを明らかにしたいと考えている。
本研究は当該領域研究において、複雑な神経ネットワークである脳における細胞社会ダイバーシティーを、1神経細胞におけるcPcdh遺伝子群のランダム発現と神経ネットワーク形成から明らかにするものであり、当該領域の研究と有機的に結びつくことにより、細胞社会形成メカニズムの理解やシミュレーションによるモデル化に貢献し、新たな研究の創造ができると考えている。また、これまで脳神経系の複雑ネットワーク形成メカニズムを1神経細胞レベルから分子メカニズムとしてアプローチした研究は殆どなく、本研究は他にない学術的特色と高い独創性を有する。

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参考文献

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