線条体直接路・間接路による弁別学習の制御機序の解析

• Project/Area Number: 22K20687
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0704:Neuroscience, brain sciences, and related fields
• Research Institution: Fukushima Medical University
• Principal Investigator: 西澤 佳代 福島県立医科大学, 医学部, 助教 (30644108)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 背側線条体 / 弁別学習 / 直接路 / 間接路 / 大脳基底核回路 / 線条体

Outline of Research at the Start

大脳基底核の中心的な神経核である線条体は、学習に重要な脳領域である。線条体からの出力経路として、黒質へ投射する線条体直接路と、淡蒼球へ投射する線条体間接路が存在する。これらは拮抗的に作用し、その適切なバランスによって学習が可能となる。そのバランスの破綻は、大脳基底核回路の機能障害に直結する為、認知障害を伴う疾患発症に繋がる。しかし、技術的な問題により、上記経路が果たす学習への役割については十分な知見がない。本申請研究では、遺伝子操作技術を用いる事でそれぞれの経路を区別し、狙った経路特異的な除去や活動の操作による学習の遂行行動に及ぼす影響を検討する事で、それぞれの経路の学習制御機構を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

大脳基底核の中心的な神経核である線条体は、学習に重要な脳領域である。線条体からの出力経路として、ドパミンD1受容体 (D1R)を介して黒質へ投射する線条体直接路と、ドパミンD2受容体を介して淡蒼球へ投射する線条体間接路が存在する。これらは拮抗的に作用し、その適切なバランスによって学習が可能となる。そのバランスの破綻は、大脳基底核回路の機能障害に直結する為、認知障害を伴う疾患発症に繋がる。しかし、技術的な問題により、上記経路が果たす学習への役割については十分な知見がない。本申請研究では、遺伝子操作技術を用いる事でそれぞれの経路を区別し、狙った経路特異的な除去や活動の操作による学習の遂行行動に及ぼす影響を検討する事で、それぞれの経路の学習制御機構を解明する事を目的とした。申請者は、背外側線条体由来の直接路を選択的に除去する為に、D1R陽性細胞が発現するGABA作動性ニューロンに選択的に発現する神経ペプチドであるP物質前駆体 (tachykinin, Tac1)に注目し、Tac1遺伝子座位にヒトインターロイキン-2受容体のαサブユニット (IL-2Rα)をノックインしたラット (Tac1-IL2Rラット)を作製した。Tac1-IL2Rラットの線条体へ免疫毒素イムノトキシンを注入する事で、線条体を除去する事が可能となる。Tac1-IL2Rラットにおいて、免疫組織化学分析を実施した結果、D1R陽性細胞において、D1R陽性細胞選択的にIL2Rが発現しているが、IL2Rの発現量が少ない事が確認された。そこで、申請者は、1R陽性細胞に対するIL2Rの発現量を上げる為、Tac1-IL2Rラットのヘテロ型同士の掛け合わせにより、ホモ型のラットを得た。現在、IL2Rの発現量の解析を進めている。

Research Products

• [Journal Article] 2. Highly selective transgene expression through the flip-excision switch system by using a unilateral spacer sequence. (2023)
  • Author(s): Matsushita, N.*, Kato, S.*, Nishizawa, K., Sugawara, M., Takeuchi, K., Miyasaka, Y., Mashimo, T. and Kobayashi, K. * Equal contribution
  • Journal Title: Cell Rep. Methods Volume: 3 Issue: 2 Pages: 100393-100393
  • DOI: 10.1016/j.crmeth.2022.100393
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Protocol for highly selective transgene expression through the flip-excision switch system by using a unilateral spacer sequence in rodents (2023)
  • Author(s): Matsushita Natsuki、Kato Shigeki、Nishizawa Kayo、Sugawara Masateru、Takeuchi Kosei、Miyasaka Yoshiki、Mashimo Tomoji、Kobayashi Kazuto
  • Journal Title: STAR Protocols Volume: 4 Issue: 4 Pages: 102667-102667
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2023.102667
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 3. Catecholaminergic cell type-specific expression of Cre recombinase in knock-in transgenic rats generated by the Combi-CRISPR technology. (2022)
  • Author(s): Matsushita, N., Nishizawa, K., Kato, S., Iguchi, Y., Fukabori, R., Takeuchi, K., Miyasaka, Y., Mashimo, T. and Kobayashi, K.
  • Journal Title: J. Neurosci. Methods Volume: 381 Pages: 109707-109707
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2022.109707
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Development of knock-in transgenic rats with catecholaminergic cell type-specific expression of Cre recombinase by the Combi-CRISPR technology (2023)
  • Author(s): Kayo Nishizawa
  • Organizer: Neuroscience2023