Scrap and build of emotional valence of sensory information in amygdala neuronal circuits

• Project Area: Dynamic regulation of brain function by Scrap & Build system
• Project/Area Number: 19H04758
• 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: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: 渡部 文子 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (00334277)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 情動 / 統合 / 可塑性 / マウス / 扁桃体 / シナプス入力の統合 / 島皮質 / 脳幹 / 可視化 / 細胞種特異的操作 / 味覚 / シナプス

Outline of Research at the Start

苦味、天敵臭、痛みといった感覚情報は、生得的に負情動を惹起し警告信号として機能する。一方、例えば「空腹は最良のソース」といった短い時間スケールから、大好物でも食あたり後は苦手になる、といった長い時間スケールまで、感覚情報の情動価値は環境により修飾を受ける。感覚情報は脳幹や視床、皮質まで多様な経路を介して扁桃体に入力することから、これらの経路の統合と再編成が情動価値の変容を支えると想像されるが、そのシナプス機構はほとんどわかっていない。そこで本研究では、扁桃体シナプスのスクラップ＆ビルドを介した情動価値の変容機構を、各種改変ウイルスを用いた電気生理学と行動学的手法を駆使して解明することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

苦味、天敵臭、痛みといった感覚情報は、生得的に負情動を惹起することで警告信号として機能する。一方で、たとえば空腹は最良のソースといった素早い時間スケールから、大好物でも食あたり後は見るのも嫌になる、といった長い時間スケールまで、「感覚情報の情動価値」は内的状態や外的環境によってダイナミックな修飾を受けることは広く知られる。感覚情報は古典的に知られる視床や皮質を介した間接経路とは独立に、橋の腕傍核を介した直接経路によっても扁桃体に入力する。すなわち、このような複数の階層的回路による感覚情報の統合と再編成が情動価値の変容を支える本態であると想像されるが、その制御メカニズムはほとんどわかっていない。そこで本研究では、扁桃体神経回路シナプスのスクラップ＆ビルドを介した情動価値の生成と変容を、各種改編ウイルスベクターを用いた光電気生理学と行動学的解析を用いて解明する。具体的には、扁桃体への古典的経路である間接経路と腕傍核を介した直接経路とを個別に可視化し操作するため、新たな細胞内局在タグつきオプシンを開発し各経路を個別に操作する実験系を確立した。今後は、これらの実験系を個体レベルで応用して、感覚情報に伴う情動価値の生成と変容を担うメカニズムに迫ることを目指している。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] An engineered channelrhodopsin optimized for axon terminal activation and circuit mapping (2021)
  • Author(s): Hamada Shun、Nagase Masashi、Yoshizawa Tomohiko、Hagiwara Akari、Isomura Yoshikazu、Watabe Ayako M.、Ohtsuka Toshihisa
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1038/s42003-021-01977-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficient engraftment of genetically modified cells is necessary to ameliorate central nervous system involvement of murine model of mucopolysaccharidosis type II by hematopoietic stem cell targeted gene therapy (2020)
  • Author(s): Miwa Saori、Watabe Ayako M.、Shimada Yohta、Higuchi Takashi、Kobayashi Hiroshi、Fukuda Takahiro、Kato Fusao、Ida Hiroyuki、Ohashi Toya
  • Journal Title: Molecular Genetics and Metabolism Volume: 130 Issue: 4 Pages: 262-273
  • DOI: 10.1016/j.ymgme.2020.06.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pathogenic POGZ mutation causes impaired cortical development and reversible autism-like phenotypes. (2020)
  • Author(s): Matsumura K, (33名中略）, Hashimoto R, (37名中35番目）,Hashimoto H, Nakazawa T.
  • Journal Title: Nat. Commun Volume: 11(1) Issue: 1 Pages: 859-859
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14697-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ASD-associated de novo POGZ mutations disrupt cortical development. (2019)
  • Author(s): Matsumura K, Seiriki K, Nagase M, Ayabe S, Yamada I, Furuse T, Yamamoto K, Kitagawa K, Baba M, Kasai A, Ago Y, Takano AH, Shintani N, Iguchi T, Sato M, Yamaguchi S, Tamura M, Wakana s, Yoshiki A, Watabe AM, Okano H, Takuma K, Hashimoto R, Hashimoto H, Nakazawa T.
  • Organizer: Neuroscience 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ASD-related de novo POGZ mutations disrupt cortical neuronal differentiation. (2019)
  • Author(s): 松村憲佑、勢力薫、永瀬将志、綾部信哉、山田郁子、古瀬民生、山本果奈、北川航平、猪口徳一、佐藤真、山口瞬、田村勝、若菜茂晴、吉木淳、 渡部文子、岡野栄之、田熊一敞、橋本亮太、橋本均、中澤敬信．
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会・第62回日本神経化学会大会