【文献を深く解読】Neuronは新しい表記を探す方法を教えてくれますか

Cyagen Technical Content Team | May 30, 2019

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皮質第一層のニューロンとその機能

哺乳類の皮質は一般的に6つの層に分けられ、第1層には局所のニューロン（多くは抑制性ニューロン）と、第2/3層および第5層の錐体細胞の遠位樹状突起が存在する。第1層は、皮質下からの長距離投射を受け、上位からの情報を統合する重要な役割を担っている。特に、第1層の抑制性ニューロンの突起は、成長抑制素陽性マーチノッティーニューロン（SST陽性）に由来すると考えられてきたが、第1層内に他の抑制性ニューロンが存在する可能性があり、そのタイプは明確ではなかった。

Step 1 RNA配列測定

皮質第1層に特異的に発現する遺伝子マーカーを同定するため、研究チームはRNA配列解析を実施した。研究者Elisabeth Abs氏は、第1層特異的なマーカーとしての条件として、①抑制性ニューロンで高い発現を示すこと、②ストレス応答性ニューロンよりも興奮性ニューロンで発現量が高いこと、の2つを挙げている。

解析の結果、6つの遺伝子が抑制性ニューロンで発現していたが、Ndnf（neuron-derived neurotrophic factor）のみが上記の条件を満たしていた。このことから、Ndnfが第1層中間ニューロンの有力なマーカーである可能性が示された。

Step 2 免疫原位ハイブリッド

Ndnfが第1層中間ニューロンのマーカーであるかを確認するため、免疫原位ハイブリダイゼーションが行われた。その結果、Ndnfを発現するニューロンの多くが皮質第1層に存在し、他のタイプの中間ニューロンとは異なる分布を示した。

Ndnfは皮質の第1層に集合的に表現される

これらの結果から、Ndnfは第1層中間ニューロンの特異的マーカーとして利用可能であることが確認された。

Step 3 動物実験検証

次に、Ndnfを発現する中間ニューロン（L1 NDNF Ins）が、皮質内の遠位樹状突起を抑制するかを検証するため、NDNF ires-creERT2 マウスとAi9マウスを交配させた。これにより、Ndnf発現ニューロンに赤色蛍光タンパク質が発現する形となり、視覚的に追跡可能となった。

このマウスを用いることで、聴覚皮質だけでなく前頭前皮質など他の領域でもNdnf陽性ニューロンが発現すること、そして神経回路解析に有用なツールであることが示された。

さらに、NDNF-IRES-Flpoノックアウトマウスを作成し、Ndnf遺伝子の制御下でFlpo再結合酵素を発現させた。このマウスは、L1 NDNF Insに対して高い選択性と忠実性を示し、遺伝子回路解析の強力なツールとなることが確認された。

また、ウイルス逆行性トレーシングにより、L1 NDNF Insが複数の脳領域からのシナプス入力を受けていることも判明した。（Ndnf-IRES-CreERT2およびNdnf-IRES-FlpOマウスはCyagen社より提供されています。）

Step 4 動物実験

L1 NDNF InsとSST陽性マーチノッティーニューロンの抑制機能に違いがあるかを調べた。研究により、L1 NDNF Insは遠位樹状突起に対して特異的な抑制作用を有することが判明した。

恐怖記憶の学習モデルと二光子カルシウムイメージングを組み合わせた結果、L1 NDNF Insの活性化が恐怖記憶の形成に必須であり、同時に遠位樹状突起の抑制が強まること、一方でSST陽性マーチノッティーニューロンは恐怖記憶の発現には関与せず、感覚入力の制御に特化していることが明らかになった。

結論

本研究により、Ndnfが皮質第1層の中間ニューロンの特異的マーカーであり、遠位樹状突起の抑制機能を持つことが示された。これにより、学習や記憶に関連する神経回路の理解が大きく進むことが期待される。

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参考資料：

Larkum, M.E. (2013). The yin and yang of cortical layer1. Nat. Neurosci. 16,114–115.
Yavorska, I., and Wehr, M. (2016). Somatostatin-expressing inhibitory interneurons in cortical circuits. Front. Neural Circuits 10, 7
Harney S C , Anwyl R . Plasticity of NMDA receptor-mediated excitatory postsynaptic currents at perforant path inputs to dendrite-targeting interneurons[J]. Journal of Physiology (Oxford), 2012, 590(16):3771--

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