Promotion of neuronal remodeling by activating signal pathways involved in synaptogenesis
| Project/Area Number |
23K20361
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| Project/Area Number (Other) |
20H04040 (2020-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2020-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022-2024)
Osaka Prefecture University (2020-2021) |
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Principal Investigator |
宮井 和政 大阪公立大学, 大学院リハビリテーション学研究科, 教授 (60283933)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
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| Keywords | 神経機能再建 / シナプス新生 / 運動学習 / 強心配糖体 / 不飽和直鎖脂肪酸 / 自発運動活性 / 樹状突起スパイン |
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| Outline of Research at the Start |
脳損傷が生じると、残存した神経細胞間に新たなシナプス・神経回路が形成されて神経機能が回復するが、この回復には時期的な制約が存在する。我々が発見したシナプス新生シグナル経路を人為的に活性化できれば、時期的な制約に囚われないシナプス新生が可能となり、神経機能再建を促進できる可能性がある。本研究では、シナプス新生シグナルを薬理学的に活性化することで、①成熟期マウス脳内のシナプスがどの程度効率よく新生されるか、②健常マウスにおける運動学習行動がどれほど促進できるか、③脳損傷モデルマウスにおける運動機能の回復がどの程度促進されるか、また、運動療法との併用効果が期待できるか、を検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
シナプス新生による新たな神経回路の構築は、成熟期における学習のみならず、神経障害からの機能回復にも重要な現象である。我々は、ニューロトリプシンにより切断されたアグリンC末端断片が成熟期におけるシナプス後部構造（樹状突起スパイン）の新生を促進することを見出していたが、前年度までの研究において、アグリンC末端断片と同様の作用を有する強心配糖体ジゴキシンの単独投与、および脳由来神経成長因子（BDNF）経路を活性化する不飽和直鎖脂肪酸デセン酸エチルエステル（DAEE）との併用投与が運動学習を促進することを明らかにした。
本年度は、当初脳障害からの神経機能回復の対する薬剤の効果を解析することを予定していたが、今後の研究をより効果的に進めるため、まずは薬剤が脳内ナトリウム-カリウムポンプ（Na/K ATPase）活性に与える作用を明らかにしたうえで、最適な薬剤の組み合わせと濃度を決定し、神経活動依存的な樹状突起スパイン新生に障害のあるニューロトリプシン遺伝子欠損マウスでも薬剤投与により樹状突起スパイン新生を促せるかどうかを検討した。その結果、ジゴキシンは低濃度においてマウス脳内ATPase活性（50%以上はナトリウム-カリウムポンプ活性）を有意に増加させること、運動学習に対するDAEEとの併用効果はジゴキシンのヒトへの臨床的投与濃度では認められず、その約15倍のジゴキシン濃度でのみ認められること、ニューロトリプシン遺伝子欠損マウスの大脳皮質および海馬においては、ヒトへの臨床的投与濃度に相当する濃度のジゴキシンが最大の樹状突起スパイン新生促進効果を有することが示された。臨床への応用を念頭に考えると、脳障害からの機能回復の検討にはヒトへの臨床的投与濃度のジゴキシン単独投与が最適の条件であると思われた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ジゴキシンとDAEEの併用効果をより詳細に解析し、大脳皮質損傷モデルマウスに効果的と予想される投与濃度を決定できたこと、神経活動依存的なシナプス形成に異常のあるニューロトリプシン遺伝子欠損マウスでも薬剤投与により樹状突起スパイン新生が促進されること、および大脳皮質損傷モデルマウスの作成とその行動解析に必要な実験環境を整備でき、予備実験も完了したことから、当初計画で想定内の進捗状況にあると評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、脳損傷後の神経機能回復に対する低濃度（臨床的投与濃度に相当）ジゴキシンの効果を運動機能に焦点を当てて検討する。脳損傷作成装置を用い、ブレグマの2 mm右方の大脳皮質に直径3 mm、深さ1 mmの損傷を生じさせる。損傷後28日目までの運動機能の自然回復を、①ラダー歩行テスト、②ステアケーステスト、③シリンダーテスト、④ロータロッドテストにより観察する。
まずは損傷後1日目、7日目、21日目を開始時期として低濃度ジゴキシンの腹腔内投与を1日1回、5日間連続で実施し、上記行動試験の成績が溶媒投与群と比較して向上したか否かを検討する。以上の実験結果を考慮したうえで、投与条件を微調整し、最適なジゴキシンの投与時期・期間・頻度、および運動負荷との併用効果を検討し、今後2年間で運動機能回復に最適な条件を決定することを目指す。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
