Input-shift mechanism for reflex eye movement by norepinephrine

• Project Area: Mechanisms underlying the functional shift of brain neural circuitry for behavioral adaptation
• Project/Area Number: 17H05566
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 平野 丈夫 京都大学, 理学研究科, 教授 (50181178)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2018: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2017: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 小脳 / 運動学習 / 視機性眼球運動 / ノルエピネフリン / βアドレナリン受容体 / シナプス可塑性 / 長期抑圧 / 神経科学 / 脳・神経 / 生理学 / アドレナリン受容体

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までの研究により、小脳片葉領域のβアドレナリン受容体の活性化が運動学習のモデルとされている視機性眼球運動の適応現象に関与することを示すと共に、視機性眼球運動の適応を引き起こす訓練を行ったマウスから小脳片葉領域の切片を切りだして、平行線維・プルキンエ細胞間の興奮性シナプス伝達を調べることにより、運動学習を引き起こす訓練によりシナプス後部の伝達物質グルタミン酸に対する応答性が減弱し、またシナプス可塑性の一つである長期抑圧が引き起こせなくなることがわかった。後者の結果は、視機性眼球運動の適応時に長期抑圧が起こっていることを示している。これらの結果から、視機性眼球運動の適応に、βアドレナリン受容体の活性化と長期抑圧が関与することがわかった。そこで、2018年度はβアドレナリン受容体の活性化と長期抑圧の関係を調べた。そして、βアドレナリン受容体の活性化剤が、小脳片葉領域での長期抑圧を引き起こしやくするという結果を得た。具体的には、通常では長期抑圧を引き起こせない弱い条件刺激が、βアドレナリン受容体の活性化剤存在下では長期抑圧を引き起こした。なお、βアドレナリン受容体の活性化剤の投与だけでは、平行線維・プルキンエ細胞間の興奮性シナプス伝達は変化しなかった。また、脳内でβアドレナリン受容体の活性化を引き起こすノルエピネフリンも長期抑圧の発現を促進した。これらの結果から、ノルエピネフリンがβアドレナリン受容体を活性化することを介して、小脳片葉領域の長期抑圧を起こりやすくすることにより、視機性眼球運動の適応という運動学習を促進したと推測される。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Regulation and interaction of multiple types of synaptic plasticity in a Purkinje neuron and their contribution to motor learning. (2018)
  • Author(s): Hirano,T.
  • Journal Title: Cerebellum Volume: 17 Issue: 6 Pages: 756-765
  • DOI: 10.1007/s12311-018-0963-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Purkinje Neurons: Development, Morphology and Function. (2018)
  • Author(s): Hirano,T.
  • Journal Title: Cerebellum Volume: 17 Issue: 6 Pages: 699-700
  • DOI: 10.1007/s12311-018-0985-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Differential regulations of vestibulo-ocular reflex and optokinetic response by β- and α2-adrenergic receptors in the cerebellar flocculus (2017)
  • Author(s): Wakita Ryo, Tanabe Soshi, Tabei Kazunari, Funaki Asako, Inoshita Takuma, Hirano Tomoo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 3944-3944
  • DOI: 10.1038/s41598-017-04273-9
  • NAID: 120006364082
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Occurrence of long-term depression in the cerebellar flocculus during adaptation of optokinetic response. (2017)
  • Author(s): Inoshita Takuma, Hirano Tomoo
  • Journal Title: Elife Volume: 7 Pages: 1-10
  • DOI: 10.7554/elife.36209
  • NAID: 120006466595
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Contribution of excitatory and inhibitory synaptic plasticity in a Purkinje neuron to oculomotor learning paradigms (2018)
  • Author(s): Hirano, T.
  • Organizer: 75th Fujihara Seminar “Cerebellum as a CNS hub
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Regulation of reflex eye movement and its adaptation by norepinephrine in the cerebellar flocculus. (2018)
  • Author(s): Inoshita, T. & Hirano, T.
  • Organizer: 第41回 日本神経科学大会
• [Presentation] 視機性眼球運動の適応に際しての小脳シナプス伝達減弱 (2017)
  • Author(s): 井下拓真、平野丈夫
  • Organizer: 第110回近畿生理学談話会
• [Remarks] 平野研究室ホームページ
  • URL: http://www.neurosci.biophys.kyoto-u.ac.jp/main.html