遺伝子改変動物を利用した喉頭運動調節神経機構の機能形態学的解析

• Project/Area Number: 15K10807
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Otorhinolaryngology
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 岡 達郎 島根大学, 医学部, 助教 (20508923)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横田 茂文 島根大学, 医学部, 准教授 (50294369)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2017: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2016: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2015: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: 発声 / 喉頭 / 中心灰白質 / 疑核 / 疑核後核 / 遺伝子改変マウス / 脚橋被蓋核 / 運動ニューロン / アデノ随伴ウイルス

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、喉頭の運動を制御する中枢神経機構を機能解剖学的立場から明らかにすることを目的とし、中心灰白質から脳幹網様体ニューロンを経て、内喉頭筋を支配する延髄疑核運動ニューロンへ至る神経路の存在様式と、喉頭制御における各神経路の機能的意義を明らかにする。喉頭機能のうち、発声および呼吸に関与する内喉頭筋として、輪状甲状筋（声帯の緊張を調節）および後輪状被裂筋（声門の開大）を取りあげ、これらの筋を支配する疑核運動ニューロンと中心灰白質との連絡様式を形態学的に解析する。さらに、薬理遺伝学的手法を用いてこれらの神経路を選択的に活性化させることによって、どのような発声および呼吸の変化が生じるかを分析し、目的を達成する。
まず、コリン作動性ニューロンのマーカーとなるコリンアセチル転移酵素（ChAT）プロモーターの支配下にCreを発現するよう遺伝子導入したマウスの脚橋被蓋核コリン作動性ニューロンにアデノ随伴ウイルスをベクターとして赤色蛍光蛋白質（mCherry）を導入するよう試みた。しかし、脚橋被蓋核は中脳から橋にかけての網様体に位置しており、コリン作動性ニューロンは広い範囲に散在することから、隣接する領域（動眼神経核や二丘体傍核）のコリン作動性ニューロンも標識されてしまう傾向があった。疑核の領域を観察すると、標識終末はごく少数を認めるのみであった。その理由の一つとして、mCherryに陰性を示すChAT陽性ニューロンが脚橋被蓋核において多数認められたことから、ウイルスの取り込み効率が低いことが考えられる。さらに本年度は、薬理遺伝学的方法を利用した機能解析を本格的に開始する予定であったが、発声および呼吸を解析する手技・手法を研究期間内に確立することができず、刺激によって活性化するニューロンの分布や、喉頭支配疑核運動ニューロンへの入力様態の解析については十分な結果を得ることができなかった。

Research Products

• [Journal Article] Orexinergic fibers are in contact with Kölliker-Fuse nucleus neurons projecting to the respiration-related nuclei in the medulla oblongata and spinal cord of the rat. (2016)
  • Author(s): Shigefumi Yokota, Tatsuro Oka, Hirohiko Asano, Yukihiko Yasui
  • Journal Title: Brain Research Volume: 1648 Pages: 512-523
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2016.08.020
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Kolliker-Fuse nucleus contains FoxP2-positive glutamatergic and GABAergic neurons that project to distinct targets (2016)
  • Author(s): Shigefumi Yokota, Joel C Geerling, Tatsuro Oka, Irma Rukhadze, Yukihiko Yasui, Nancy L Chamberlin
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] Neural pathways from the dorsal horn of the cervical spinal cord and the caudal part of the spinal trigeminal nucleus to the perifornical hypothalamic area via the parabrachial nucleus (2016)
  • Author(s): Hirohiko Asano, Shigehumi Yokota, Tatsuro Oka, Yukihiko Yasui
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] Lateral periaqueductal gray innervates NK1R-expressing preBötzinger complex neurons via cholinergic pedunculopontine neurons (2016)
  • Author(s): Tatsuro Oka, Shigefumi Yokota, Hirohiko Asano, Yukihiko Yasui
  • Organizer: 第121回日本解剖学会総会全国学術集会
  • Place of Presentation: ビッグパレットふくしま（郡山市）
  • Year and Date: 2016-03-28
• [Presentation] FoxP2-positive glutamatergic and GABAergic neurons in the Kölliker-Fuse nucleus project to distinct targets (2016)
  • Author(s): Shigefumi Yokota, Joel C. Geerling, Tatsuro Oka, Irma Rukhadze, Yukihiko Yasui, Nancy L. Chamberlin
  • Organizer: 第121回日本解剖学会総会全国学術集会
  • Place of Presentation: ビッグパレットふくしま（郡山市）
  • Year and Date: 2016-03-28
• [Presentation] ラット中心灰白質外側部は脚橋被蓋核コリン作動性ニューロンを介して延髄腹外側部のneurokinin-1受容体発現ニューロンへ投射する (2015)
  • Author(s): 岡 達郎、横田茂文、浅野裕彦、安井幸彦
  • Organizer: 日本解剖学会 第70回中国・四国支部学術集会
  • Place of Presentation: 愛媛大学城北キャンパス（松山市）
  • Year and Date: 2015-10-24
• [Presentation] Indirect pathway from the lateral periaqueductal gray to neurokinin-1 receptor immunoreactive neurons in the ventrolateral medulla via cholinergic neurons in the pedunculopontine tegmental nucleus in the rat (2015)
  • Author(s): Tatsuro Oka, Shigefumi Yokota, Hirohiko Asano, Yukihiko Yasui
  • Organizer: 第38会日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・神戸国際展示場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] Neural pathways via the parabrachial nucleus underlying the respiratory facilitation caused by hypercapnia (2015)
  • Author(s): Shigefumi Yokota, Satvinder Kaur, Veronique G. Vanderhorst, Patrick M. Fuller, Michael Lazarus, Yo Oishi, Tatsuro Oka, Clifford B. Saper, Yukihiko Yasui, Chamberlin L. Nancy
  • Organizer: 第38会日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・神戸国際展示場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28