| Project/Area Number |
20KK0177
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 48:Biomedical structure and function and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小野 大輔 名古屋大学, 環境医学研究所, 講師 (30634224)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池上 啓介 愛知医科大学, 医学部, 講師 (10709330)
山仲 勇二郎 北海道大学, 教育学研究院, 准教授 (20528343)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 概日リズム / 睡眠・覚醒 / 自然環境 / 神経回路 / 生物発光 / 視床下部 / イメージング / 睡眠 |
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| Outline of Research at the Start |
近年の科学技術開発により、実験室の飼育環境下における睡眠・覚醒調節に関わる神経細胞が同定されてきた。一方、自然界における動物の睡眠研究はほとんど進展がない。そこで本研究では脳内の神経回路を自然界と同じようになるように操作し、実験室内で夜行性から昼行性のシフトを実現させ、自然界における睡眠・覚醒メカニズムの解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
睡眠・覚醒や体温調節など、ほぼすべての生理機能には２４時間を１サイクルとする “概日リズム”が存在し、“概日時計”がその時間的調節を担う。我々の身体を構成する すべての細胞に、概日時計は備わり、時計遺伝子の転写・翻訳を介したフィードバックループがその中心的役割を示す。概日時計の中でも、中枢時計である「視交叉上核」はペースメーカーとして機能し、睡眠・覚醒のリズムを調節する。
近年の光遺伝学の技術開発により、様々な生命現象を調節する神経回路が同定されてきている。哺乳類の睡眠研究においても、実験室の飼育環境下における睡眠・覚醒調節に関わる神経細胞が同定されてきた。一方、自然界における動物の睡眠研究はほとんどなされていない。しかし、最近になって自然界における睡眠・覚醒パターンが、実験室の結果とは大きく異なる事が示唆されてきた。国際生物学賞を受賞したDr. S. Daan（故）は、自然条件下（野外）でマウスを飼育すると、夜行性から昼行性にシフトする事を発見した。本研究では、自然環境下における動物行動の調節を担う神経メカニズムの解明を行う。
2020年に開発した沖縄産ホタル発光タンパク質を用いたカルシウムプローブ（Okiluc-CaM）を用い、非侵襲神経活動計測システムの構築を行った。Okiluc-CaMをマウス線条体に発現させ、頭部固定マウスの頭部から発光シグナルが計測可能かどうかを検証した。これまでの所、弱いながらも生物発光シグナルが非侵襲的に計測可能であることを確認している。
自然環境下における動物行動の調節メカニズムを明らかにするため、共同研究先への渡航を検討したが、今年度もコロナウイルスの影響で渡航ができなかった。そのため、実験の方針を一部変更した。渡航予定先の共同研究者が開発した、work-for-foodシステムを立ち上げた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新規発光cAMPプローブの開発を進め、神経細胞からのcAMPのリアルタイム計測が可能となった。このプローブを用い、概日時計中枢におけるcAMPの機能を明らかにし、その研究成果がScience Advances誌に掲載する事が出来たこと (Ono et al., 2023 Science Advances)。自然環境下を模倣可能なシステム（work-for-woodシステム）を立ち上げることができたこと。これにより、動物行動を調節する神経メカニズムの解明が可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、自然環境を模倣したシステムを用い、マウスの行動を調節する神経メカニズムを明らかにする。神経活動や時計遺伝子発現の網羅的計測を行い、昼行性・夜行性行動調節に関与する候補脳領域を同定する。具体的には、神経活動マーカーであるcfos発現や、時計遺伝子Per2またはBmal1の発現リズムをすべての脳領域で網羅的に計測する。さらにsingle cell RNA seqを用い、昼行性・夜行性行動調節に関与する分子の同定を試みる。その後得られた分子の操作を行い、昼行性・夜行性行動を調節し因果関係を明らかにしていく。
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