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1.大脳皮質における層特異的な神経回路形成の制御機構に関する研究
大脳皮質の神経回路における特徴の一つに層特異性が挙げられる。大脳皮質は6層からなる層構造を有し、その構造に基づいて他の神経核などと整然とした回路を形成している。中でも間脳の視床から大脳皮質への結合、視床皮質投射については詳細な記述がなされ、視床ニューロンの軸索は大脳皮質感覚野の主として４層で枝分かれを形成しシナプス結合を作ることが示されている。私たちはこの形成機構を解明するために組織構築が維持される培養系を開発し、皮質への入力線維が標的層で神経結合を形成する過程を調べてきた。その結果、培養下においても視床ニューロンの軸索は皮質４層で枝分かれを形成し、機能的なシナプス結合を作る。さらに、タイムラプス観察法や生化学的な実験を通して、皮質４層に軸索成長を停止させる要因や枝分かれを作り出す因子が局在することを示した。
次に、このような層特異的に発現して視床軸索の標的認識を担う分子の探索を行った。そのために、４層特異的なサブトラクションcDNAライブラリーを作製し、これまでに、細胞表面分子、細胞接着因子、細胞外拡散性因子などのタンパク質をコードする遺伝子が４層に特異的に発現することを見出している。現在、これらの遺伝子産物の機能をin
vitroで解析し、視床軸索の標的認識、枝分かれ形成、シナプス形成の分子メカニズムを明らかにしようとしている。
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Coculture preparations of the thalamus and cortex. A, organotypic coculture
of thalamic explant (lateral geniculate nucleus, LGN) with cortical explant
(visual cortex, VC) after one week in vitro (From Yamamoto et al., 1989).
Bar represents 0.5 mm. B, fluorescent dye-labeled TC axon arbor in cortical
explant after two weeks in vitro (From Yamamoto et al., 1997). Bar represents
0.25 mm.
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Lamina-specific TC axon branching. A, DiI-labeled TC axon forms specifically
in layer 4 of fixed cortex (From Yamamoto et al., 2000a). Bar represents
0.2 mm. B, Cortical lamination is shown by bisbenzamide staining. C, Distribution
of branch-regulating molecules in the developing cortex. There are a branch-inducing
factor (+) and a branch-inhibitory factor (-), PSA in the developing cortex.
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| Existence of the gene that is specifically expressed in layer 4 of P7 rat
cortex (From Zhong et al., 2004). A, Expression pattern of unc5h4, one
of the genes obtained from a subtraction cDNA library. Bar represents 1
mm. B, layer 4-specific expression of unc5h4 in the somoatosensory cortex.
Bar represents 0.2 mm. C, Nissl-stained section. Bar represents 0.2 mm. |
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