微弱光による冬眠様状態QIH誘導法開発とQIHにおける血圧・心拍調節機構の理解
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22K15219
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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 46030:Function of nervous system-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
高橋 徹 筑波大学, 医学医療系, 特別研究員(PD) (10919137)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | OPN4 / メラノプシン / オプシン４ / オプトジェネティクス / Qニューロン / 冬眠様状態 / 低体温 / 心臓血管系 |
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| Outline of Research at the Start |
研究代表者らは近年、マウスを冬眠様状態（QIH）に誘導する神経経路を同定した。時間分解能の観点から、より自在に誘導可能なQIHを実現するために、本研究では光高感受性オプシンを用いた『長期間刺激が可能な微弱光によるQIH誘導法の開発』を目指す。加えて、QIHと冬眠の類似性をさらに明確に解析するため、冬眠における特徴の1つである「体温変化とは独立した心臓血管系の制御」に着目し、光操作型QIHにおける血圧・心拍数・体温を同時計測する。新規光操作ツールの創出、および心臓血管系制御に着目した冬眠との類似性評価を行い、より自然の冬眠に近い低代謝誘導法を確立させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
光操作による冬眠様低代謝状態QIH（OPN4-QIH）誘導法の創出を第一目標にした本研究では、
脳内において微弱光に持続的に応答できること期待し、OPN4（オプシン4、メラノプシン）を光受容体オプシンとして用いた。Qrfp-iCreマウス系統とCre依存性にOPN4を発現させるAAVベクター(AAV-OPN4)を使用した。Qrfp-iCreマウスの視床下部POAにAAV-OPN4を投与し、Qニューロン特異的にOPN4を発現させ、同領域に光ファイバーを留置し、青色レーザー光刺激を行った。マイクロ(micro)Wスケールの極めて微弱な光強度で24時間継続光刺激を試みた結果、24時間の安定した低体温状態が誘導された。
さまざまな光強度を用いてQIHを誘導し、傷害性のない最適な光強度を評価した。OPN4-QIHでは、3-から10-microWという極めて弱い光強度で最も効率よく深い低体温を誘導できることが判明した。組織傷害度合いは、光刺激実験後に脳をサンプリングし、炎症性マーカー（GFAPおよびIba1）を用いた免疫組織化学によって検証した。その結果、10-microWでは24時間持続刺激であっても組織傷害が生じないことが判明し、10microW程度の微弱光によってQニューロンを長期間に渡り自在に興奮性操作することが可能となった。当該年度の研究によって、光操作による冬眠様低代謝状態QIH（OPN4-QIH）誘導法の確立に成功したと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当該年度の目標は、微弱光24 時間継続光刺激によるQIH (OPN4-QIH)誘導法を確立させることであった。AAV発現や光強度のさまざまな条件検討を重ねた結果、「研究実績の概要」に記載したとおり、24時間長期刺激に適した実験条件の決定に成功した。光操作による冬眠様低代謝状態QIH（OPN4-QIH）誘導法の確立に成功したと十分考えられるため、この区分の自己評価をした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、冬眠とQIHのより強い類似性を実証するために、 確立したOPN4-QIHにおける血圧・心拍数の動態を観測する。マウスの総頸動脈圧測定のために送信機のカテーテルを片側総頸動脈に留置する。送信機本体は深部体温測定のために腹腔内に留置する。血圧および心拍数と体温の相関図を作出する。M3Dq-QIH群、イソフルラン全身麻酔群を用意し、 OPN4-QIH中のそれと比較する。既に報告されている冬眠中の冬眠動物における挙動とも比較し、QIHと冬眠との類似性を客観的に評価する。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
