時計ニューロン集団による概日リズム発振の神経生理学的基盤解明と操作

• Project Area: Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature
• Project/Area Number: 18H04941
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 三枝 理博 金沢大学, 医学系, 教授 (20296552)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: サーカディアンリズム / 視交叉上核 / 体内時計 / GABA / バソプレシン / 遺伝子操作マウス / 神経ネットワーク / 概日リズム / 集団発振 / 塩化物イオン / カルシウムイオン

Outline of Annual Research Achievements

視交叉上核(SCN)の中枢概日時計は、不安定な概日振動能を持つ多数のニューロンの集団発振機構である。異なる性質・役割を持つ複数のニューロンタイプから成る神経ネットワークであり、極めて安定した概日リズムを発振する。本研究課題では、我々がこれまでに開発した、SCN神経ネットワークの概日振動をニューロ ンタイプ特異的に計測・操作するためのツールを最大限活用し、SCNによる概日リズム発振の原理解明を目指す。これまでに、SCN神経ネットワークによる概日リズム発振において、AVP産生ニューロンが重要であることを明らかにした。AVPニューロンはGABA を含有するので、その役割を明らかにするために、AVPニューロン特異的Vgat欠損マウスの概日行動リズムを調べたところ、活動期の開始と終了の間隔が大幅に延長し、リズム分割様のフェノタイプを示していた。
本年度は、昨年度に行ったSCNスライスでの電気生理学的な解析や、Per2::Lucレポーターマウスを用いた時計遺伝子発現の発光イメージング解析を完了した。さらにファイバーフォトメトリーを用いてin vivoでSCN AVPニューロンの細胞内Ca2+の長期測定を行った。その結果、AVPニューロン特異的Vgat欠損マウスではAVPニューロンの細胞内Ca2+リズムと行動リズムの位相関係が異常になっていることが明らかになった。これまでのデータを総合し、AVPニューロンによるGABA作動性神経伝達は、SCN中枢概日時計から行動への出力のタイミングを制御し、マウスがいつ起きて動き回るかを調節すると結論した。現在、論文を投稿中である。
この他にも、KCC2変異によりGABA応答性が変化しているマウスや、リークNa+チャネルの欠損マウスなどの概日リズムの解析を進行中で、興味深いフェノタイプを見出している。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Yale大学(米国)
• [Journal Article] The central circadian clock of the suprachiasmatic nucleus as an ensemble of multiple oscillatory neurons. (2020)
  • Author(s): Mieda M.
  • Journal Title: Neurosci Res Volume: in press Pages: 24-31
  • DOI: 10.1016/j.neures.2019.08.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 概日時計と睡眠 (2020)
  • Author(s): 三枝理博
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 71 Pages: 18-22
• [Journal Article] Dopamine D2L Receptor Deficiency Causes Stress Vulnerability through 5-HT1A Receptor Dysfunction in Serotonergic Neurons (2019)
  • Author(s): Shioda Norifumi、Imai Yoshiki、Yabuki Yasushi、Sugimoto Wataru、Yamaguchi Kouya、Wang Yanyan、Hikida Takatoshi、Sasaoka Toshikuni、Mieda Michihiro、Fukunaga Kohji
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 39 Issue: 38 Pages: 7551-7563
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0079-19.2019
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] レム睡眠発現制御・情動脱力発作とナルコレプシー (2019)
  • Author(s): 三枝理博
  • Journal Title: 睡眠医療 Volume: 13 Pages: 367-373
• [Journal Article] Sexually Dimorphic Vasopressin Cells Modulate Social Investigation and Communication in Sex-Specific Ways. (2019)
  • Author(s): Rigney N, Whylings J, Mieda M, de Vries G, Petrulis A
  • Journal Title: eNeuro Volume: 6 Issue: 1 Pages: ENEURO.0415-18.2019
  • DOI: 10.1523/eneuro.0415-18.2019
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Glutamatergic neurons in the medial prefrontal cortex mediate the formation and retrieval of cocaine-associated memories in mice (2019)
  • Author(s): Zhang Tong、Yanagida Junko、Kamii Hironori、Wada Shintaro、Domoto Masaki、Sasase Hitoki、Deyama Satoshi、Takarada Takeshi、Hinoi Eiichi、Sakimura Kenji、Yamanaka Akihiro、Maejima Takashi、Mieda Michihiro、Sakurai Takeshi、Nishitani Naoya、Nagayasu Kazuki、Kaneko Shuji、Minami Masabumi、Kaneda Katsuyuki
  • Journal Title: Addiction Biology Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1111/adb.12723
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Network Mechanism of the Central Circadian Pacemaker of the SCN: Do AVP Neurons Play a More Critical Role Than Expected? (2019)
  • Author(s): Mieda M.
  • Journal Title: Front Neurosci Volume: 13 Pages: 139-139
  • DOI: 10.3389/fnins.2019.00139
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Monoamines Inhibit GABAergic Neurons in Ventrolateral Preoptic Area That Make Direct Synaptic Connections to Hypothalamic Arousal Neurons (2018)
  • Author(s): Saito Yuki C.、Maejima Takashi、Nishitani Mitsuhiro、Hasegawa Emi、Yanagawa Yuchio、Mieda Michihiro、Sakurai Takeshi
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 38 Issue: 28 Pages: 6366-6378
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2835-17.2018
  • NAID: 120007133906
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Time Restriction of Food Intake During the Circadian Cycle Is a Possible Regulator of Reproductive Function in Postadolescent Female Rats. (2018)
  • Author(s): Fujiwara T, Nakata R, Ono M, Mieda M, Ando H, Daikoku T, Fujiwara H.
  • Journal Title: Curr Dev Nutr Volume: 3 Issue: 4 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1093/cdn/nzy093
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] AVPニューロン特異的小胞GABAトランスポーターノックアウトマウスにおける視交叉上核概日リズムのインビボ解析 (2020)
  • Author(s): 津野祐輔、前島隆司、長谷川恵美、三枝理博
  • Organizer: 第97回日本生理学会学術大会
• [Presentation] 中枢概日時計神経ネットワークの遺伝学的解析 (2019)
  • Author(s): 三枝理博
  • Organizer: 第26回日本時間生物学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] AVPニューロン特異的Vgatノックアウトマウスにおける視交叉上核概日リズムのインビトロ、行動、及びインビボ解析 (2019)
  • Author(s): 津野祐輔、前島隆司、長谷川恵美、三枝理博
  • Organizer: 第26回日本時間生物学会学術大会
• [Presentation] GABAergic transmission of AVP neurons regulates correctly timed output of the central circadian pacemaker of the SCN. (2019)
  • Author(s): 三枝理博、長谷川恵美、津野祐輔、前島隆司
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会
• [Presentation] 哺乳類中枢概日時計の神経メカニズム (2019)
  • Author(s): 三枝理博
  • Organizer: 明治大学現象数理学共同研究集会
  • Invited
• [Presentation] Analysis of the central circadian clock in AVP neuron-specific VGAT deficient mice (2019)
  • Author(s): 前島隆司 長谷川恵美 津野祐輔 三枝理博
  • Organizer: 第９回アジア・オセアニア生理学会連合（FAOPS）2019年大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 中枢概日時計におけるバソプレシンニューロンの機能 (2018)
  • Author(s): 三枝理博
  • Organizer: 第４３回日本睡眠学会定期学術集会
  • Invited
• [Presentation] Genetic dissection of neural mechanisms underlying the central circadian pacemaker (2018)
  • Author(s): 三枝理博
  • Organizer: Sapporo Symposium on Biological Rhythm in 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Neural mechanisms underlying the central circadian pacemaker of the SCN (2018)
  • Author(s): 三枝理博
  • Organizer: 第４１回日本神経科学大会
  • Invited
• [Presentation] AVP神経特異的小胞GABAトランスポーター遺伝子欠損マウスにおける中枢概日時計の解析 (2018)
  • Author(s): 前島隆司、長谷川恵美、津野祐輔、三枝理博
  • Organizer: 第25回日本時間生物学会学術大会