匂い学習記憶を支える嗅覚系の多領域ネットワーク機能の解析

• Project Area: Principles of memory dynamism elucidated from a diversity of learning systems
• Project/Area Number: 16H01266
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kochi University
• Principal Investigator: 山口 正洋 高知大学, 教育研究部医療学系基礎医学部門, 教授 (60313102)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2017: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2016: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 匂い学習 / 覚醒睡眠 / 情動 / ネットワーク / 嗅結節 / 新生ニューロン

Outline of Annual Research Achievements

嗅覚は動物の根源的な行動を支えており、日々変わる匂い環境に対して適切な行動を選択する匂いの学習記憶は極めて重要である。また匂いは強い情動・モチベーションを誘導して行動を促進する。これまでの私共の研究から、嗅覚神経系回路の可塑的変化が覚醒睡眠サイクルに沿って行われること、睡眠中には嗅皮質から嗅球への中枢性入力が促進すること、嗅皮質の１領域である嗅結節にモチベーション行動に対応した機能ドメインがあることが分かってきた。本研究は以上を踏まえ、嗅覚学習記憶の形成機構を、覚醒睡眠サイクルおよび嗅覚系脳領域間にまたがる多領域ネットワーク機能の観点から明らかにすることを目的とした。前年度に、嗅覚領域の電気生理学的解析（局所電場電位記録）により、覚醒時の嗅覚タスク中に嗅球と梨状皮質（嗅皮質の最も広い領域）において低周波数帯波（ベータ波）の強度と領域間同調性が高まること、タスク後の睡眠時に梨状皮質から嗅球への中枢性入力が促進することを明らかにした。
本年度はマウスに匂いに基づく忌避性連合学習を行わせ、①嗅球、②梨状皮質、③嗅結節前内側ドメイン（匂いと報酬の連合学習により活性化）、④嗅結節外側ドメイン（匂いと忌避的刺激の連合学習により活性化）の神経活動を解析した。その結果、匂いの忌避学習によって、覚醒時タスク中の嗅結節外側ドメインのベータ波の強度が増強すること、嗅結節外側ドメインと梨状皮質のベータ波の同調性が高まることが判明した。つまり、匂い学習によって、学習内容（忌避学習）に対応した嗅覚系多領域ネットワークの情報伝達効率が促進されることが明らかとなった。今後更に、タスク後の睡眠中の多領域間相互作用について嗅結節機能ドメインを含めた解析に発展させる。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Cigarette smoke directly impairs skeletal muscle function through capillary regression and altered myofiber calcium kinetics in C57BL/6J mice. (2018)
  • Author(s): Nogueira L, Trisko BM, Lima-Rosa FL, Jackson J, Lund-Palau H, Yamaguchi M, Breen EC
  • Journal Title: Journal of Physiology Volume: In press
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] α2-Adrenergic receptor activation promotes long-term potentiation at excitatory synapses in the mouse accessory olfactory bulb. (2018)
  • Author(s): Huang GZ, Taniguchi M, Zhou YB, Zhang JJ, Okutani F, Murata Y, Yamaguchi M, Kaba H.
  • Journal Title: Learning & Memory Volume: 25 Issue: 4 Pages: 147-157
  • DOI: 10.1101/lm.046391.117
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Area-specific regulation of quiescent neural stem cells by Notch3 in the adult mouse subependymal zone. (2017)
  • Author(s): Kawai H, Kawaguchi D, Kuebrich B, Kitamoto T, Yamaguchi M, Gotoh Y, Furutachi S
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 37 Issue: 49 Pages: 11867-11880
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0001-17.2017
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Differences in characteristics of glucose intolerance between patients with NAFLD and chronic hepatitis C as determined by CGMS (2017)
  • Author(s): Ochi T, Kawaguchi T, Nakahara T, Ono M, Noguchi S, Koshiyama Y, Munekage K, Murakami E, Hiramatsu A, Ogasawara M, Hirose A, Mizuta H, Masuda K, Okamoto N, Suganuma N, Chayama K, Yamaguchi M, Torimura T, Saibara T
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 10146-10146
  • DOI: 10.1038/s41598-017-09256-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CDKL5 controls postsynaptic localization of GluN2B-containing NMDA receptors in the hippocampus and regulates seizure susceptibility. (2017)
  • Author(s): Okuda K, Kobayashi S, Fukaya M, Watanabe A, Murakami T, Hagiwara M, Sato T, Ueno H, Ogonuki N, Komano-Inoue S, Manabe H, Yamaguchi M, Ogura A, Asahara H, Sakagami H, Mizuguchi M, Manabe T, Tanaka T
  • Journal Title: Neurobiology of Diseases Volume: 106 Pages: 158-170
  • DOI: 10.1016/j.nbd.2017.07.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Skeletal myofiber vascular endothelial growth factor is required for the exercise training-induced increase in dentate gyrus neuronal precursor cells. (2017)
  • Author(s): Rich B, Scadeng M, Yamaguchi M, Wagner PD, Breen EC.
  • Journal Title: Journal of Physiology Volume: 595 Issue: 17 Pages: 5931-5943
  • DOI: 10.1113/jp273994
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mesenchymal stem cell therapy protects lungs from radiation-induced endothelial cell loss by restoring superoxide dismutase 1 expression. (2017)
  • Author(s): Klein D, Steens J, Wiesemann A, Schulz FC, Kaschani F, Roeck K, Yamaguchi M, Wirsdorfer F, Kaiser M, Fischer J, Stuschke M, Jendrossek V.
  • Journal Title: Antioxidant & Redox Signaling Volume: 26 Issue: 11 Pages: 563-582
  • DOI: 10.1089/ars.2016.6748
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Functional sub-circuits of the olfactory system viewed from the olfactory bulb and the olfactory tubercle. (2017)
  • Author(s): Yamaguchi M.
  • Journal Title: Frontiers in Neuroanatomy Volume: 11
  • DOI: 10.3389/fnana.2017.00033
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The role of sleep in the plasticity of the olfactory system. (2017)
  • Author(s): Yamaguchi M.
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Activation of arginine vasopressin receptor 1a facilitates the induction of long-term potentiation in the accessory olfactory bulb of male mice. (2016)
  • Author(s): Namba T, Taniguchi M, Murata Y, Tong J, Wang YJ, Okutani F, Yamaguchi M, Kaba H.
  • Journal Title: Neuroscience Letters Volume: 634 Pages: 107-113
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2016.09.056
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Neural circuit for acquiring distinct odor-guided motivated behaviors in mice (2018)
  • Author(s): Yamaguchi M
  • Organizer: 第95回日本生理学会大会
• [Presentation] A mechanism of action of vasopressin V1a receptors on the recurrent inhibition between mitral cells and granule cells in the mouse accessory olfactory bulb (2018)
  • Author(s): Taniguchi M, Murata Y, Yamaguchi M, Kaba H
  • Organizer: 第95回日本生理学会大会
• [Presentation] ツニカマイシンは嗅球シナプスの可塑性を前機構・後機構の両方を介して阻害し、嗅覚学習に障害をきたす (2017)
  • Author(s): 仝加、奥谷文乃、村田芳博、山口正洋、椛秀人
  • Organizer: 第９４回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
  • Year and Date: 2017-03-28
• [Presentation] バゾプレッシンはバゾプレッシン受容体1aを介して副嗅球シナプス可塑性を誘導する (2017)
  • Author(s): 難波利治、谷口睦男、村田芳博、奥谷文乃、山口正洋、椛秀人
  • Organizer: 第９４回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
  • Year and Date: 2017-03-28
• [Presentation] V1a受容体を介したバゾプレッシンによるマウス副嗅球僧帽細胞-顆粒細胞間相反性シナプス伝達の抑制作用 (2017)
  • Author(s): 谷口睦男、山口正洋、椛秀人
  • Organizer: 第９４回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
  • Year and Date: 2017-03-28
• [Presentation] Cellular mechanisms of olfactory memory: maintenance of long-term potentiation in the accessory olfactory bulb (2017)
  • Author(s): Murata Y, Taniguchi M, Yamaguchi M, Kaba H
  • Organizer: 第４０回日本神経科学大会
• [Presentation] Activation of the vasopressin V1a receptor suppresses the recurrent inhibition in the mouse accessory olfactory bulb (2017)
  • Author(s): Taniguchi M, Murata Y, Yamaguchi M, Kaba H
  • Organizer: 第４０回日本神経科学大会
• [Presentation] Neural circuit mechanism of odor-induced motivation of feeding (2017)
  • Author(s): Yamaguchi M
  • Organizer: 第４０回日本分子生物学会・第９０回日本生化学会合同大会
• [Presentation] 情動を動かす嗅覚：匂いによる情動、感情、痛み管理の可能性 (2016)
  • Author(s): 山口正洋
  • Organizer: 日本臨床麻酔学会第３６回大会
  • Place of Presentation: ホテル日航高知旭ロイヤル（高知県高知市）
  • Year and Date: 2016-11-05
  • Invited
• [Presentation] Tunicamycin impairs olfactory learning and synaptic plasticity in the olfactory bulb via presynaptic and postsynaptic mechanisms. (2016)
  • Author(s): Tong J, Okutani F, Murata Y, Taniguchi M, Namba T, Yamaguchi M, Kaba H.
  • Organizer: 第６８回日本生理学会中国四国地方会
  • Place of Presentation: 岡山大学鹿田キャンパス（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2016-11-05
• [Presentation] バゾプレッシンはオスマウスの副嗅球におけるシナプス可塑性の誘導を促進する (2016)
  • Author(s): 難波利治、谷口睦男、山口正洋、椛秀人
  • Organizer: 第６８回日本生理学会中国四国地方会
  • Place of Presentation: 岡山大学鹿田キャンパス（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2016-11-05