Studies on neural circuits for intake behaviors controlled on the basis of body-fluid condition

• Project/Area Number: 19700296
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Neuroscience in general
• Research Institution: National Institute for Basic Biology
• Principal Investigator: HIYAMA Takeshi National Institute for Basic Biology, 統合神経生物学研究部門, 助教 (90360338)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,560,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2008: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2007: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 神経科学 / イオンチャンネル / ホメオスタシス / 神経回路 / 動物行動 / 生理学 / 解剖学 / セルセンサー / ナノバイオ / 生体分子 / グリア / 恒常性 / ノックアウトマウス

Research Abstract

脱水時には体液のNaレベルが上昇する。生命を維持する上で体液のNa恒常性は重要であり、水分と塩分の摂取の制御と、腎臓機能の制御による排出の制御によって維持されている。申請者は、このうち塩分摂取の制御に関わる脳内Naレベルセンサー分子が電位依存性Naチャンネルと相同性のある分子Naxであることを明らかにしてきた。本研究では、体液Naレベルの情報が神経活動に変換される情報伝達経路について調べた。まず、Naxが感知した情報が伝達される経路を探った。その手がかりを得る目的で、Naxチャンネルの細胞内領域に結合する分子を探索し、Na+/K+-ATPaseのαサブユニット(α1及び2)が直接的に結合していることを明らかにした。この相互作用により、細胞外のNaレベル依存的にNa+/K+-ATPaseが活性化し、その結果、グリア細胞の代謝活動が亢進し、乳酸の放出につながっていることが判明した。SFOにおいてNaxを発現するグリア細胞は、主にGABAニューロンを取り巻いている。そこで、SFOのGABAニューロンの活動を電気生理学的に調べたところ、野生型マウスではNaレベルの増加によりGABAニューロンの活性化がみられたが、Nax-KOマウスでは応答がみられなかった。ところが、乳酸を投与した場合には、野生型マウス、Nax-KOマウスのいずれのGABAニューロンも活性化した。以上の結果から、正常なSFOにおいては、グリア細胞のNaxが体液Naレベルの上昇を感知すると、その情報が乳酸を介してGABAニューロンに伝達され、塩分摂取を促す神経活動の抑制が起きると考えられる。以上、脱水時の体液Naレベルの増加が塩分摂取行動の制御につながる脳内機構の大筋が明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] グリアによる乳酸を介したニューロン発火活動の制 (2008)
  • Author(s): 檜山武史, 野田昌晴
  • Journal Title: Clinical Neuroscience 26(1) Pages: 6-7
• [Journal Article] グリアによる乳酸を介したニューロン発火活動の制御 (2008)
  • Author(s): 檜山武史、野田昌晴
  • Journal Title: Clinical Neuroscience 26 Pages: 6-7
• [Journal Article] Glial Nax channels control lactate signaling to neurons for brain [Na+] sensing (2007)
  • Author(s): Shimizu H*, Watanabe E*, Hiyama TY* et al(9名中3番目;*共同筆頭著者)
  • Journal Title: Neuron. 54(1) Pages: 59-72
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 体液Naレベルの脳内感知機構:グリアが乳酸シグナルによってニューロン活動を制御する (2007)
  • Author(s): 檜山武史, 野田昌晴
  • Journal Title: 細胞工学 26(10) Pages: 1164-1169
  • NAID: 40015639117
• [Journal Article] 脳における体液Naレベル感知機構-グリア細胞が神経活動を制御するしくみの解明 (2007)
  • Author(s): 檜山武史,野田昌晴
  • Journal Title: 実験医学 25(16)
• [Journal Article] 体液Naレベルの脳内感知機構:グリアが乳酸シグナルによってニューロン活動を制御する (2007)
  • Author(s): 檜山武史、野田昌晴
  • Journal Title: 細胞工学 26 Pages: 1164-1169
  • NAID: 40015639117
• [Journal Article] 脳における体液Naレベル感知機構-グリア細胞が神経活動を制御するしくみの解明 (2007)
  • Author(s): 檜山武史、野田昌晴
  • Journal Title: 実験医学 25 Pages: 2538-2541
• [Journal Article] Glial Na_x Channels Control Lactate Signaling to Neurons for Brain [Na^+」 Sensing. (2007)
  • Author(s): Shimizu H, Watanabe E, HiyamaTY, et. al.
  • Journal Title: Neuron 54 Pages: 59-72
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 脳のナトリウムセンサー (2008)
  • Author(s): 渡辺英治、檜山武史、野田昌晴
  • Organizer: 日本味と匂い学会第42大会
  • Place of Presentation: 富山市民プラザ(富山市)
  • Year and Date: 2008-09-19
• [Presentation] 体液Naレベルの脳内感知機構 (2008)
  • Author(s): 檜山武史
  • Organizer: 日本内分泌学会第26回内分泌代謝学サマーセミナー
  • Place of Presentation: セントレアホール(常滑市)
  • Year and Date: 2008-07-12
• [Presentation] Brain Na-level sensing and control of salt-intake behavior mediated by lactate signaling (2008)
  • Author(s): 檜山武史、清水秀忠、長倉彩乃、藤川顕寛、渡辺英治、野田昌晴
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム(東京都)
  • Year and Date: 2008-07-11
• [Presentation] Brain Na-level sensing and control of salt-intake behavior mediated by lactate signaling (2008)
  • Author(s): 檜山武史、清水秀忠、長倉彩乃、藤川顕寛、渡辺英治、野田昌晴
  • Organizer: 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム
  • Year and Date: 2008-07-11
• [Presentation] Distribution analysis of FOS-positive neurons in the mouse subfornical organ (2008)
  • Author(s): 長倉彩乃、檜山武史、渡辺英治、野田昌晴
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム(東京都)
  • Year and Date: 2008-07-10
• [Presentation] Distribution analysis of FOS-positive neurons in the mouse subfornical organ (2008)
  • Author(s): 長倉彩乃、檜山武史、渡辺英治、野田昌晴
  • Organizer: 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム
  • Year and Date: 2008-07-10
• [Presentation] Glial Nax channels control lactate signaling to neurons for brain [Na+] sensing (2007)
  • Author(s): 清水秀忠、檜山武史、長倉彩乃、藤川顕寛、渡辺英治、野田昌晴
  • Organizer: 第30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: 2007-09-10
• [Presentation] Characterization of neurons in the mouse subfornical organ by retrograde labeling (2007)
  • Author(s): 長倉彩乃、檜山武史、渡辺英治、野田昌晴
  • Organizer: 日本神経科学大会、第30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: 2007-09-10
• [Presentation] Glial Nax channels control lactate signaling to neurons for brain [Na+] sensing (2007)
  • Author(s): 檜山武史、清水秀忠、渡辺英治、長倉彩乃、藤川顕寛、岡戸晴生、柳川右千夫、小幡邦彦、野田昌晴
  • Organizer: 北米神経科学会
  • Place of Presentation: コンベンションセンター(アメリカ、サンディエゴ市)
• [Presentation] 脳弓下器官のグリア細胞に発現するNa_Xチャンネルは、体液ナトリウムイオンレベルの上昇を感知し、乳酸を介して神経細胞への情報伝達を制御する. (2007)
  • Author(s): 清水秀忠、檜山武史、長倉彩乃、藤川顕寛、渡辺英治、野田昌晴
  • Organizer: 第30回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Glial Na_X channels control lactate signaling to neurons for brain [Na^+] sensing. (2007)
  • Author(s): 長倉彩乃、檜山武史、渡辺英治、野田昌晴
  • Organizer: 第30回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Glial Na_X channels control lactate signaling to neurons for brain [Na^+] sensing. (2007)
  • Author(s): HiyamaTY, et. al.
  • Organizer: Society for Neuroscience 37th Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego, USA
• [Remarks] 2007/4/13 朝日新聞 2007/4/13 科学新聞 2007/4/10 Science's STKE(Editors' Choice) 2007/4/5 中日新聞 2007/4/5 日経産業新聞 2007/4/5 読売新聞 2007/4/4 Neuron(電子版:featured article)
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/070329/070307_open.html