| Project/Area Number |
22K17169
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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 57060:Surgical dentistry-related
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
金子 啓介 日本大学, 歯学部, 助教 (90906554)
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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 |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | GABA / Acetylcholine / Synapse / Muscarinic regulation / Disinhibition / Consciousness / Arousal / Interneuron / Neural circuit / Anesthetic / Electrophysiology / Propofol |
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| Outline of Research at the Start |
大脳皮質に存在するGABA作動性ニューロンの一つのサブタイプであるVIPニューロンは，前脳基底部からアセチルコリンの投射を受けて活性化し，周囲に存在するnon-VIPニューロンの活動を抑制するため，PyNの脱抑制に関与し，局所神経活動を活性させることが示唆されている。しかし，動物の意識と覚醒に寄与するとされる大脳皮質の脱抑制神経回路に対するプロポフォールの影響については現在まで報告がない。脱抑制神経回路が活性するためのトリガーとなるVIPニューロンへのプロポフォールの影響を調査することは，プロポフォールの催眠メカニズムをより詳細に理解するために特に重要である可能性が高い。
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| Outline of Annual Research Achievements |
意識と覚醒に寄与するとされる大脳皮質内の脱抑制神経回路の一部であるChAT-VIP陽性ニューロンからGABA作動性ニューロンに接続するシナプスをターゲットとしてホールセル・パッチクランプ法にて単一シナプス探し出し，電気生理学的に観察された単一シナプスがGABA作動性，ニコチン作動性，ムスカリン作動性のいずれに該当するのかを弁別するため，各種受容体アンタゴニストおよびチャネルブロッカーを組み合わせて使用して薬理学的に同定した。
観察された単一シナプスはニコチン型受容体のアンタゴニストであるmecamylamineでは抑制されず，ムスカリン型受容体のアンタゴニストであるatropineで抑制傾向にあり，GABAA受容体のアンタゴニストであるpicrotoxinで完全に抑制された。したがって，この単一シナプスはGABA作動性抑制性シナプスであることが明らかになり，ニコチン作動性ではなく，ムスカリン作動性にGABA作動性抑制性シナプス後電流の振幅に影響していた。
また，コリンエステラーゼ阻害薬であるneostigmineおよびdonepezilを用いてシナプス間隙のアセチルコリンを増やし，シナプス強度が増強するか検討した。Neostigmineでは単一抑制性シナプス後電流の振幅に変化はなかった。また，現在donepezilを用いて同様の検討を行っているが，サンプル数が未だ不十分であり，サンプル数を増加させるために実験を継続している状況である。
上記の結果より，ChAT-VIPニューロンからGABA作動性ニューロンへ接続するシナプスはGABA作動性であり，ムスカリン作動性に抑制性シナプス強度を調節している。また，大脳皮質の脱抑制はChAT-VIPニューロンからGABA作動性ニューロン間におけるmuscarinic regulationによって，より効率的に行われる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
大脳皮質内の脱抑制神経回路の一部を担うChAT-VIP陽性ニューロンはGABA作動性ニューロンの中でも2.4～3.9％程度しか存在せず、最もシナプス接続率の高いparvalbumin陽性ニューロンから興奮性錐体細胞への接続率を1と標準化した場合に、ChAT-VIP陽性ニューロンから近傍のGABA作動性ニューロンに接続する確率は非常に低く、0.04である。したがって、ChAT-VIP陽性ニューロンからGABA作動性ニューロンに接続するシナプスを探し出すのは容易ではなく、薬物投与中にシナプスを維持し続けることも難易度が高い。そのため、コリンエステラーゼ阻害薬を用いた実験のサンプル数獲得に苦難している。
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| Strategy for Future Research Activity |
コリンエステラーゼ阻害薬を用いた実験のサンプル数を増加させ、ChAT-VIPニューロンからGABA作動性ニューロンに接続する単一シナプスに対して内因性アセチルコリンがどのように影響するかを検討し、脱抑制神経回路における細胞単位でのメカニズムを明らかにする。また、同シナプスに対してプロポフォールを作用させ、脱抑制神経回路に対してプロポフォールがどのように作用し、意識や覚醒に寄与しているかを検討する。解析はChAT-VIP陽性ニューロンからGABA作動性ニューロンへ接続する単一抑制性シナプス後電流のamplitude、paired-pulse ratio、failure rate、latency、decay time、rise timeを検討し、シナプス後細胞のGABA作動性ニューロンをfast-spiking neuron、regular-spiking neuron、low threshold spike neuron、burst-spiking neuron、late-spiking neuronに分類する。論文執筆は同時並行で作業中であり、可及的速やかに論文を投稿することを予定している。
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