群馬大学 大学院医学系研究科 医学部 医学科

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高次機能統御系脳神経発達統御学

遺伝発達行動学

行動の生物学的基盤は、脳の回路にある。また、行動は多数の遺伝子と多くの環境因子(胎児期環境、栄養、ストレス、知覚刺激を含む)、およびその相互作用に依存して決定される。一方、げっ歯類のマウスとラットはすべてのDNA配列が明らかにされているなど、昔から遺伝学的研究や生理学的研究に使用され、多くの知見が蓄積されている。また、様々なミュータント(遺伝子に変異をもつ個体)がおり、その中には不安レベルの高いマウスや痙攣発作をおこすマウス、多動のラットなどがいる。遺伝発達行動学分野では、遺伝子改変動物(条件付きノックアウトマウス、ノックインマウス、トランスジェニックラット、ノックアウトラットなど)を作製し、遺伝子改変動物が示す行動異常について遺伝学、分子生物学、電気生理学、形態学などの様々な手法を用いて分子、細胞、ネットワーク、個体の各レベルから探求することにより、脳の機能や発達の仕組みについて明らかにしようとしている。マウスとラットは哺乳動物であり、行動異常を示す遺伝子改変動物はヒト疾患のモデル動物として、その発症機序や病態の解明、治療薬の開発に貢献できる。

  • スタッフ
  • 研究と教育
  • 臨床業務
  • 社会貢献
  • 業績
  • 沿革

スタッフ

教 授 柳川 右千夫
助 教 柿崎 利和
三輪 秀樹
宮田 茂雄

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研究内容

研究内容

本教室における主な研究テーマ
1. 抑制性神経伝達物質、GABAに焦点を当て、GABAの合成酵素やトランスポーターのノックアウトマウスを複数作製している。これらのノックアウトマウスを利用して情動行動(不安や攻撃性)、におけるGABA神経伝達の役割を調べている。また、統合失調症様の症状や痙攣発作を示すノックアウトマウスを作製しており、疾患モデル動物としてその病態について調べている。

2. ラットは認知機能を検討する上で有用な実験動物である。ゲノム編集を利用してノックアウトラットを作製し、認知機能とGABAとの関連を明らかにしようとしている。

3. 神経ネットワークは興奮性ニューロンと抑制性ニューロンから構成される。抑制性ニューロンを蛍光蛋白質で標識した遺伝子改変マウスやトランスジェニックラットを作製して、抑制性ニューロンの発生および機能解析を行なっている。

教育業務

【医学部】
生物学演習・実習
医学研究発表チュートリアル
動物実験学
基礎遺伝学
選択基礎医学実習

【大学院】
医学基礎技術実習【小動物操作基礎技術】【胚操作技術】
研究成果考察セミナー
研究発表討論セミナー
遺伝発達行動学講義
遺伝発達行動学実習
遺伝発達行動学演習

【教養】
脳の科学

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臨床業務

(該当する業務はありません)

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社会貢献

NPO法人 脳の世紀推進会議「世界脳週間」における教育講演や実習を担当している。また、スーパーサイエンスハイスクール事業の実験講座への協力を行っている。また、研究成果を社会に還元するために、作製した遺伝子改変動物などに関する特許を取得することで産学連携の推進に努めている。

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業績

1. Zhang Y, Yanagawa Y, Saito Y. Nicotinic acetylcholine receptor-mediated responses in medial vestibular and prepositus hypoglossi nuclei neurons showing distinct neurotransmitter phenotypes. J Neurophysiol.  in press

2. Miyata S, Kurachi M, Okano Y, Sakurai N, Kobayashi A, Harada K, Yamagata H, Matsuo K, Takahashi K, Narita K, Fukuda M, Ishizaki Y, Mikuni M.
Blood Transcriptomic Markers in Patients with Late-Onset Major Depressive Disorder.
PLoS One. 2016 11: e0150262, 2016.

3. Fuzik J, Zeisel A, Máté Z, Calvigioni D, Yanagawa Y, Szabó G, Linnarsson S, Harkany T. Integration of electrophysiological recordings with single-cell RNA-seq data identifies neuronal subtypes. Nature Biotech. 34, 175-183, 2016

4. Tomioka R, Sakimura K, Yanagawa Y. Corticofugal GABAergic projection neurons in the mouse frontal cortex. Front Neuroanat. 9, 133, 2015

5. Minocha S, Valloton D, Yspilanti AR, Fiumelli H, Allen EA, Yanagawa Y, Marin O, Chédotal A, Hornung JP, Lebrand C. Nkx2.1-derived astrocytes and neurons are indispensable for the anterior commissure formation: a role for Slit2. Nature Commun. 6, 6887, 2015

6. Fujihara K, Miwa H, Kakizaki T, Kaneko R, Mikuni M, Tanahira C, Tamamaki N, Yanagawa Y. Glutamate decarboxylase 67 deficiency in a subset of GABAergic neurons induces schizophrenia-related phenotypes. Neuropsychopharmacology 40, 2475-2486, 2015

7. Manita S, Suzuki T, Homma C, Matsumoto T, Odagawa M, Yamada K, Ota K, Matsubara C, Inutsuka A, Sato M, Ohkura M, Yamanaka A, Yanagawa Y, Nakai J, Hayashi Y, Larkum ME, Masanori Murayama M. A Top-Down Cortical Circuit for Accurate Sensory Perception. Neuron 86, 1304-1316, 2015

8. Saito Y, Zhang Y, Yanagawa Y. Electrophysiological and morphological properties of neurons in the prepositus hypoglossi nucleus that express both ChAT and VGAT in a double-transgenic rat model. Eur J Neurosci. 41, 1036-48, 2015

9. Kuki T, Fujihara K, Miwa H, Tamamaki N, Yanagawa Y, Mushiake H. Contribution of parvalbumin and somatostatin-expressing GABAergic neurons to slow oscillations and the balance in beta-gamma oscillations across cortical layers. Front Neural Circuits 9, 6, 2015

10. Kakizaki T, Oriuchi N, Yanagawa Y. GAD65/GAD67 double knockout mice exhibit intermediate severity in both cleft palate and omphalocele compared with GAD67 knockout and VGAT knockout mice. Neuroscience 288, 86-93, 2015

11. Uchida T, Furukawa T, Iwata S, Yanagawa Y, Fukuda A. Selective loss of parvalbumin-positive GABAergic interneurons in the cerebral cortex of maternally stressed Gad1-heterozygous mouse offspring. Transl Psychiatry 4, e371, 2014

12. Zhang Y, Kaneko R, Yanagawa Y, Saito Y. The vestibulo- and preposito-cerebellar cholinergic neurons of a ChAT-tdTomato transgenic rat exhibit heterogeneous firing properties and the expression of various neurotransmitter receptors. EurJ Neurosci. 39, 1294-313, 2014

13. Kayakabe M, Kakizaki T, Kaneko R, Sasaki A, Nakazato Y, Shibasaki K, Ishizaki Y, Saito H, Suzuki N, Yanagawa Y. Motor dysfunction in cerebellar Purkinje cell-specific vesicular GABA transporter knockout mice. Front Cell Neurosci. 7, 286, 2014

14. Guo N, Yoshizaki K, Kimura R, Suto F, Yanagawa Y, Osumi N. A sensitive period for GABAergic interneurons in the dentate gyrus in modulating sensorimotor gating. J Neurosci. 33, 6691-704, 2013.

15. Dimitrov EL, Yanagawa Y, Usdin TB. Forebrain GABAergic projections to locus coeruleus in mouse. J Comp Neurol. 521, 2373-97, 2013

16. Saito Y and Yanagawa Y. Ca2+ -activated ion currents triggered by ryanodine receptor-mediated Ca2+  release control the firing of inhibitory neurons in the prepositus hypoglossi nucleus. J Neurophysiol. 109, 389-404, 2013.

17. Nakayama H, Miyazaki T, Kitamura K, Hashimoto K, Yanagawa Y, Obata K, Sakimura K, Watanabe M, Kano M. GABAergic inhibition regulates developmental synapse elimination in the cerebellum. Neuron 74, 384-96, 2012

18. Kawabata I, Kashiwagi Y, Obashi K, Ohkura M, Nakai J, Wynshaw-Boris A, Yanagawa Y, Okabe S. LIS1-dependent retrograde translocation of excitatory synapses in developing interneuron dendrites. Nature Commun. 3:722, 2012.

19. Shino M, Kaneko R, Yanagawa Y, Kawaguchi Y, Saito Y. Electrophysiological characteristics of inhibitory neurons of the prepositus hypoglossi nucleus as analyzed in Venus-expressing transgenic rats. Neuroscience 197, 89-98, 2011

20. Saito K, Kakizaki T, Hayashi R, Nishimaru H, Furukawa T, Nakazato Y, Takamori S, Ebihara S, Uematsu M, Mishina M, Miyazaki JI, Yokoyama M, Konishi S, Inoue K, Fukuda A, Fukumoto M, Nakamura K, Obata K, Yanagawa Y. The physiological roles of vesicular GABA transporter during embryonic development: a study using knockout mice. Molecular Brain 3:40, 2010

21. Saito Y, Yanagawa Y. Synaptic mechanism for the sustained activation of oculomotor integrator circuits in the rat prepositus hypoglossi nucleus: Contribution of Ca2+-permeable AMPA receptors. J Neurosci. 30, 15735-15746, 2010.

22. Muguruma K, Nishiyama A, Ono Y, Miyawaki H, Mizuhara E, Hori S, Kakizuka A, Obata K, Yanagawa Y, Hirano T, Sasai Y. Ontogeny–recapitulating generation and tissue integration of ES cell–derived Purkinje cells. Nature Neurosci. 13, 1371-1380, 2010.

23. Wang Y, Kakizaki T, Sakagami H, Saito K, Ebihara S, Kato M, Hirabayashi M, Saito Y, Furuya N, Yanagawa Y. Fluorescent labeling of both GABAergic and glycinergic neurons in vesicular GABA transporter (VGAT)-Venus transgenic mouse. Neuroscience 164, 1031-1043, 2009.

24. Akashi K, Kakizaki T, Kamiya H, Fukaya M, Yamasaki M, Abe M, Natsume R, Watanabe M, Sakimura K. NMDA receptor GluN2B (GluR epsilon 2/NR2B) subunit is crucial for channel function, postsynaptic macromolecular organization, and actin cytoskeleton at hippocampal CA3 synapses. J Neurosci 29, 10869-82, 2009.

25. Pan BX, Dong Y, Ito W, Yanagawa Y, Shigemoto R, Morozov, A. Selective gating of glutamatergic inputs to excitatory neurons of amygdala by presynaptic GABAb receptor. Neuron 61, 917-929, 2009.

26. Bi W, Sapir T, Shchelochkov OA, Zhang F, Withers MA, Hunter JV, Levy T, Shinder V, Peiffer DA, Gunderson KL, Nezarati MM, Shotts VA, Amato SS, Savage SK, Harris DJ, Day-Salvatore DL, Horner M, Lu XY, Sahoo T, Yanagawa Y, Beaudet AL, Cheung SW, Martinez S, Lupski JR, Reiner O. Increased LIS1 expression affects human and mouse brain development. Nature Genet 41, 168-177, 2009.

27. Kaneko K, Tamamaki N, Owada H, Kakizaki T, Kume N, Totsuka M, Yamamoto T, Yawo H, Yagi T, Obata K, Yanagawa Y. Noradrenergic excitation of a subpopulation of GABAergic cells in the basolateral amygdala via both activation of nonselective cationic conductance and suppression of resting K+ conductance: A study using glutamate decarboxylase 67-green fluorescent protein knock-in mice. Neuroscience 157, 781-797, 2008.

28. Gandhi SP, Yanagawa Y, Stryker MP. Delayed plasticity of inhibitory neurons in developing visual cortex. Proc Nat Acad Sci USA 105: 16797-16802, 2008.

29. Obata K, Hirono M, Kume N, Kawaguchi Y, Itohara S, Yanagawa, Y. GABA and synaptic inhibition of mouse cerebellum lacking glutamate decarboxylase 67. Biochem Biophys Res Commun 370, 429-433, 2008.

30. Uematsu M, Hirai Y, Karube F, Ebihara S, Kato M, Abe K, Obata K, Yoshida S, Hirabayashi M, Yanagawa Y, Kawaguchi Y. Quantitative chemical composition of cortical GABAergic neurons revealed in transgenic Venus-expressing rats. Cereb Cortex 18, 315-330, 2008.

31. Miwa H, Fukaya M, Watabe AM, Watanabe M, Manabe T: Functional contributions of synaptically localized NR2B subunits of the NMDA receptor to synaptic transmission and long-term potentiation in the adult mouse CNS. J Physiol 586:2539-2550, 2008.

32. Labouebe G, Lomazzi M, Cruz HG, Creton C, Lujan R, Li M, Yanagawa Y, Obata K, Watanabe M, Wickman K, Boyer SB, Slesinger PA, Luscher C. RGS2 modulates coupling between GABAB receptors and GIRK channels in dopamine neurons of the ventral tegmental area. Nature Neurosci 10, 1559-1568, 2007.

33. Berghuis P, Rajnicek AM, Morozov YM, Ross RA, Mulder J, Urban GM, Monory K, Marsicano G, Matteoli M, Canty A, Irving AJ, Katona I, Yanagawa Y, Rakic P, Lutz B, Mackie K, Harkany T. Hardwiring the brain: Endocannabinoids shape neuronal connectivity. Science 316, 1212-1216, 2007.

34. Shimizu H, Watanabe E, Hiyama T, Nagakura A, Fujikawa A, Okado H, Yanagawa Y, Obata K, Noda M. Glial Nax channels control lactate signaling to neurons for brain [Na+] sensing. Neuron 54, 59-72, 2007.

35. Marowsky A, Yanagawa Y, Obata K, Vogt KE. A specialized subclass of interneurons mediates dopaminergic facilitation of amygdala function. Neuron 48, 1025-1037, 2005

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沿革

昭和40年(1965年) 行動医学研究施設・第一部門行動生理学教室が設置された。平尾武久が初代教授として赴任した。種個体の生活方式を研究する習性学と、同種および統一的に研究することからなる生活環境の研究の発展に貢献した。

平成4年(1992年) 城所良明(現名誉教授)が米国UCLAから2代目教授として赴任した。ショウジョウバエを用いて、遺伝と行動という大きなテーマを中心に多面的な研究に取り組んだ。

平成15年(2003年) 大学院改組に伴い、行動医学研究施設行動生理学教室から脳神経発達統御学講座・遺伝発達行動学分野に名称を変更した。

平成16年(2004年) 柳川右千夫が生理学研究所から3代目教授として赴任し、現在に至っている。遺伝学的手法をはじめ、分子細胞生物学、行動学、電気生理学的手法など多面的な研究手法を駆使し、情動など脳高次機能におけるGABAの役割について研究を行っている。