| Project/Area Number |
22K06475
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 46030:Function of nervous system-related
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| Research Institution | Teikyo University |
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Principal Investigator |
大野 孝恵 帝京大学, 医学部, 准教授 (60508109)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福田 諭 帝京大学, 医学部, 助教 (50425641)
林 俊宏 帝京大学, 医学部, 教授 (60505890)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 赤核回路網 / 下オリーブ核 / 脊髄 / 視床後核 / ホールセル記録 / 光遺伝学的刺激 / 下オリーブ核投射 / 脊髄投射 / 光遺伝学的刺激法 / イムノトキシン / 選択的細胞除去法 / 赤核 / 小細胞系 / 細胞間ネットワーク / 運動学習 / 可塑性 |
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| Outline of Research at the Start |
種によるバリエーションが多彩で、古くから知られていながらその機能が明らかにされていない赤核ネットワークに注目し、大細胞及び小細胞系の両者を活用している齧歯類を実験動物とした。まずは大細胞と小細胞それぞれ単独の機能と、未だ研究されたことのない両者の細胞間ネットワークを明らかにする。また、運動学習に伴う赤核の可塑性について明らかにし、赤核ネットワークを含む運動学習回路について検討する。運動下行路として行動を実装する大細胞系と回帰性ループを形成することにより評価回路として運動学習を動的に行っていると考えられる小細胞系が連絡を取り合うことで、赤核はコンパクトな運動学習回路を形成している可能性を考えた。
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| Outline of Annual Research Achievements |
運動情報網のハブ的な存在である中脳赤核は、細胞構築、核内分布など解剖学的特徴から大細胞と小細胞と呼ばれる2つの細胞に分けられ、前者は脊髄に投射し赤核脊髄路を形成して四肢の運動に直接関わり、後者は下オリーブ核に投射したのち回帰性ループを形成して小脳からのフィードバックを受けていると考えられてきた。しかしながら、四肢の進化と共に発達を遂げた赤核大細胞と小細胞は、比較解剖学的に発達度合いの種差が極めて大きく、霊長類研究から決定された上記分類法は必ずしも他種には当てはまらず、齧歯類もその例外でない。そこで、申請者らは解剖学的分布ではなく、その機能を重視した投射先による新たな分類を提唱している（脊髄投射細胞(RS 細胞)、下オリーブ核投射細胞(RO細胞)と視床後核投射細胞(RT細胞)）。
電気生理学的には、光遺伝学的刺激法によるホールセル記録法にて３種の細胞を比較すると、大脳皮質からのシナプス入力にそれぞれの細胞特性があり、シ ナプス可塑性にも相違が観察された。
解剖学的には、それぞれに小型細胞も大型細胞もあり、吻側にも尾側にも存在していた。トランスミッターについては、RSとROはVGluT2がメインで、RT細胞のみVGATがメインであった。上記結果は2023年度北米神経科学学会にてポスター発表し、多くのご意見 をいただくことができ、それらを踏まえた上で、本年度は３細胞の起始細胞やシナプス特性について確認する計画である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
仔ネズミの発育が悪く、生後1日齢での光遺伝物質(チャネルロドプシン)の脳内インジェ クションが必要な光遺伝学的刺激によるホールセル記録が思うように進まなくなったが、経産マウスを注文し、搬入時期をずらすなどの努力により、概ね計画通り に進められている。
下オリーブ核、視床ならびに脊髄へのインジェクション技術が安定し、各種実験に必要な逆行性アプローチが確実にできるよう になり、複数の免疫染色を組み合わせた免疫組織学的実験に加え、光遺伝学的または化学遺伝学的抑制法を用いた系選択的阻害による行動実験も計画通りスター トしたが、マンパワーの不足に加え、小細胞系への感染にと もなう予想外の副作用により行動実験が足踏み状態となり、研究の順序を変更して、まずは、赤核3細胞の電気生理学的特性と解剖学的特性を中心にまとめる方向で考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
電気生理実験では、昨年度に引き続き、RO細胞、RS細胞およびRT細胞の細胞特性を比べるホールセル記録のデータ数を増やしていくと同時に、発達に伴う変化の有無確認 するため週齢をふっての実験計画をくみ、更に細胞種によるシナプス可塑性(具体的には長期増強(LTP)の有無)を確認する。
また、 ３種類の細胞に入力のある、皮質赤核路起始細胞の大脳皮質内分布パターンと小脳赤核路起始細胞の小脳皮質内分布パターンを把握するため、逆行性越シナプス性に感染する狂犬病ウイルスを導入し、CUBICによる透明化脳にて観察する計画である。狂犬病ウイルス使用に必要な、学内での動物実験許可、大臣承認に加え研究支援グループによる支援などの各種手続きは全て完了しており、組織透明化にも成功している。
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