メゾ複雑体としてのシナプスの発達様式を統括的に理解するための深層学習による挑戦
計画研究の概要
発達中の神経細胞内のシナプスは、100~500nm程度の大きさで、その形態をダイナミックに変化させていることから、メゾ複雑体であると言える。シナプスの形成異常が自閉症スペクトラム障害 (ASD) の発症につながる可能性が考えられていることから、シナプス微細形態が発達中にどのように変化するかは基礎生物学だけでなく臨床医学の面からも非常に重要な研究課題である。我々は、シナプス形成の制御機構について超解像STED顕微鏡を駆使して研究してきた。一連の研究の過程で、発達中のシナプスの微細形態が多様であることを見出した。本研究では、超解像STED顕微鏡と膨張顕微鏡法を組み合わせて三次元で分解能が40 nm程度の超解像蛍光顕微鏡法を開発する。この顕微鏡法を駆使して多様なシナプス微細形態の画像データを発達過程の脳から得る。膨大な数の画像データを深層学習で解析することで、これまで不明な点が多かったシナプスの発達様式が明らかになる。ASDモデル動物を使った実験の結果から、本研究が将来的にASD病態の解明につながる可能性が期待できる。
主な研究業績
- Koganezawa N, Hanamura K, Schwark M, Krueger-Burg D, Kawabe H. 2021 “Super-resolved 3D-STED microscopy identifies a region-specific increase in excitatory synapses in the hippocampal CA1 region of Neuroligin-3 KO mice” Biochemical and Biophysical Research Communications, 582: 144-149
- Koganezawa N, Sekino Y, Kawakami H, Fuchino H, Kawahara N, Shirao T. 2021 “NMDA receptor-dependent and -independent effects of natural compounds and crude drugs on synaptic states as revealed by drebrin imaging analysis” European Journal of Neuroscience, 53: 3548-3560
- *Canto C, *Koganezawa N, Lagartos M.J.D, O'Reilly K, Mansvelder H.D, Witter M.P. 2019 *equal contribution “Postnatal development of functional projections from para- and presubiculum to medial entorhinal cortex in the rat” The Journal of Neuroscience, 39: 8645-8663
- Hanamura K, Koganezawa N, Kamiyama K, Tanaka N, Oka T, Sekino Y, Shirao T. 2019 “High-content imaging analysis for detecting the status of synapses in cultured hippocampal neurons” Journal of Pharmacological and Toxicological Methods, 99: 106607
- Koganezawa N, Gisetstad R, Husby E, Doan T.P, Witter M.P. 2015 “Excitatory postrhinal projections to principal cells in the medial entorhinal cortex” The Journal of Neuroscience 35: 15860-74