マウス大脳における排尿回路の解明、排尿行動への応用

• Project/Area Number: 22K15224
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 46030:Function of nervous system-related
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 望月 孝規 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (30790430)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2026: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 前帯状皮質 / 光遺伝学 / 排尿反射 / 排尿領野 / 排尿中枢

Outline of Research at the Start

麻酔下でマウスの膀胱内圧測定を行い、同時に大脳局所を選択的に刺激することで排尿に関与する大脳領野を確認していく。自由行動下に大脳局所の活動を測定あるいは局所刺激を行うことで排尿活動に変化が生じるか確認していく。これらの実験を通じて排尿に関与している大脳のメカニズムを解明していく。

Outline of Annual Research Achievements

マウスの前帯状皮質が排尿に関与していることを明らかにした。
マウス前帯状皮質の興奮性ニューロンに興奮性オプシンであるChR2を発現させ光刺激を行い、前帯状皮質の興奮性ニューロンだけを選択的に刺激したところ排尿反射を誘発した。一方でマウス前帯状皮質の抑制性ニューロンに選択的にChR2を選択的に発現させ、光刺激を行ったところ排尿間隔が延長した。以上のことからマウスの前帯状皮質は興奮性ニューロン、抑制性ニューロンいずれも排尿制御に重要な役割を担うことが明らかになった。さらに薬剤投与実験を行ったところGABAantagonistであるピクロトキシンを投与すると排尿間隔が短縮し、GABAagonistであるムシモールを投与すると排尿間隔が延長した。生理食塩水投与群ではこの現象は見られなかった。この結果からは前帯状皮質においてGABAが排尿反射の確立において重要な役割を担うことが明らかになった。さらに前帯状皮質内での反応性を調べた。大脳皮質Ⅴ相興奮性ニューロンにChR2を発現しているThy1ChR2マウスを使用してACC領域９か所で一番排尿圧が上昇しているところを探索した。その結果前帯状皮質の中でも中心に近い領域で排尿圧が上昇しやすいことを明らかにした。

以上の成果に関してはSci Rep. 2024 Mar 16;14(1):6367. doi: 10.1038/s41598-024-56806-8.にて報告した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

前帯状皮質における興奮性ニューロンと抑制性ニューロンの役割に関しては明らかにすることができた。しかしながら本来の目的である排尿に関与していると明らかになっている橋排尿領域や中脳水道周囲灰白質との関係を明らかにしていない。今後の追加実験が必要である。また化学遺伝学を利用した慢性行動実験が行えていない。こちらも遅れている理由である。

Strategy for Future Research Activity

逆行性CreウイルスとCre依存的に興奮性オプシンであるChR2あるいは抑制性オプシンでArchRを使用してACC-PAG経路に関与している神経経路だけを選択的に刺激する。あるいは他の経路だけを選択的に刺激し、排尿反射の変化を調査する。
化学遺伝学を利用してマウス慢性行動実験を行い、排尿行動に変化があるか観察する。

Research Products

• [Journal Article] Optogenetic stimulation of neurons in the anterior cingulate cortex induces changes in intravesical bladder pressure and the micturition reflex (2024)
  • Author(s): Mochizuki Takanori、Manita Satoshi、Shimura Hiroshi、Kira Satoru、Sawada Norifumi、Bito Haruhiko、Sakimura Kenji、Augustine George J.、Mitsui Takahiko、Takeda Masayuki、Kitamura Kazuo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 14 Issue: 1 Pages: 6367-6367
  • DOI: 10.1038/s41598-024-56806-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research