| Project/Area Number |
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 |
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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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 | メラノプシン OPN4 / QIH 冬眠様状態 / Qニューロン / 光遺伝学 オプトジェネティクス / 体温 / 血圧 / 心拍数 / 心血管系調節 / OPN4 / メラノプシン / オプシン４ / オプトジェネティクス / 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 Final Research Achievements |
Until now, no method had been established that could sustain neuronal excitation for a long period of time (e.g., 24 hours) and switch it ON-OFF with high time resolution. In this study, therefore, our primary goal was to apply light manipulation to the long-term phenotype of hibernation, i.e., to create a method for inducing a hibernation-like hypometabolic state QIH (OPN4-QIH) by light stimulation, and we achieved this. Specifically, we modified the photoreceptor opsin OPN4 (opsin 4, melanopsin) to create a modified opsin OPN4dC that can withstand long-term stimulation and optimized it for 24-hour QIH induction. In addition, to understand the similarities between natural hibernation and QIH, we analyzed the multiple dynamics of blood pressure, heart rate, and body temperature in this OPN4-QIH and clarified the cardiovascular regulatory function of Q neurons.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
近年われわれは、哺乳類を冬眠様状態誘導QIHに誘う神経細胞群Qニューロンの同定に成功した。近い将来、このQニューロンを制御・操作して人工冬眠を実現するためには、この細胞群を適切に操作し、その活動パターンを正確に理解する必要がある。
そこで本研究では、より自由に誘導・操作できるQIHを実現するために、長時間刺激が可能な微弱光でQIHを誘導する方法を開発した。また、自然の冬眠の特徴の1つである「体温変化に依存しない心血管系の制御」に着目し、この光制御されたQIHにおいて血圧、心拍数、体温を同時に計測・評価した。その結果、QIHは心血管系調節の観点からも、自然の冬眠に近い状態であると証明された。
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