| Project/Area Number |
20K18135
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 56030:Urology-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 大脳 / カルシウムイメージング / 2光子顕微鏡 / 排尿 / 前帯状皮質 / 一次運動野 / 蓄尿 / 大脳皮質 / 神経活動 / optogenetics / 光遺伝学 |
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| Outline of Research at the Start |
ACCは排尿や蓄尿の上位中枢と考えられてきたが、その神経回路や神経活動のメカニズムは解明されていない。本講座ではこれまでに光遺伝学の手法を用いて、麻酔下のマウスのACCの興奮性ニューロン活動が排尿を促進し、抑制性ニューロン活動が排尿を抑制することを明らかにしている。一方で排尿時のACCの神経細胞の活動の観察はまだなされていない。さらに、病的モデルでの検証も重要と考える。そこで本研究では慢性行動実験や病的排尿モデルマウスを用いた排尿基礎実験の手法と、神経活動を直接観察するファイバーフォトメトリーや2光子顕微鏡を用いた神経生理学的手法とを組み合わせて、ACCの排尿に関わるメカニズムを明らかにする。
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| Outline of Final Research Achievements |
In the present study, we expressed genetically-encoded calcium indicator in anterior cingulate cortex (ACC) or primary motor cortex (M1) of mice, and two-photon calcium imaging was performed during bladder perfusion under urethane anesthesia. Micturition-related neural activity was identified in both ACC and M1 with the advantage of two-photon calcium imaging for resolving spatial distribution.
We found that the activity of individual micturition-related neurons in ACC showed a considerable variability in their timing to micturition. In particular, the timing of the activity of layer 5 pyramidal neurons in ACC showed bimodal distribution, and it depended on the projection target. On the other hand, the pattern of neural activity in M1 was rather uniform.
These results suggest that micturition-related neurons may control different aspects of voiding, e. g., initiation, maintenance and termination, depending on their location, cell-type, and projection pathway.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
これまで排尿に関わる中枢神経の働きはほとんど未解明であった。特に大脳は1つの脳領域でも様々な役割を持つ神経細胞が共存している。今回の研究では2光子顕微鏡を用いることにより、個々の細胞単位で排尿に関連した活動かを判別することができた。また、同じ領域内の排尿に関連する細胞であっても、細胞によって活動のパターンが異なる場合があり、それはその細胞の存在する場所や細胞の性質、細胞の投射する経路に依存していることが明らかとなった。今回の我々のような手法を用いれば、不明瞭であった排尿に関わる中枢神経の働きを明らかにし、難治性の下部尿路機能障害の治療に大きく貢献していくと考える。
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