Multi-scale dynamism of neural circuit in depression revealed by analysis of the habenular pathway

• Project Area: Constructive understanding of multi-scale dynamism of neuropsychiatric disorders
• Project/Area Number: 21H00203
• 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: Hiroshima University
• Principal Investigator: 相澤 秀紀 広島大学, 医系科学研究科(医), 教授 (80391837)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: うつ病 / 手綱 / 神経回路 / 神経細胞 / マルチスケール / モノアミン / 手綱核

Outline of Research at the Start

うつ病の症状は多岐にわたり、その背景には個別の神経回路の失調が関与している可能性が高い。申請者は、モノアミン制御領域である手綱に存在する複数の亜核経路がうつ病症状の多様性を説明するかを多階層解析により検証する。具体的には、手綱亜核経路の神経伝達を個別に遮断する遺伝子改変マウスを作成し（遺伝子・細胞レベル）、モノアミン代謝や動物行動に与える影響を生理学・行動学的に解析する（回路・行動レベル）。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに手綱核の遺伝学的操作を可能にするBrn3a-IRES-Flp系統を確立し、内側手綱回路の神経回路操作法を検証した。今年度は、これらの研究成果を発展させ、哺乳類で発達している外側手綱回路の遺伝学的標識を行った。以下の２つのアプローチを検討した。１）Brn3a-IRES-Flp; Rosa-CAG-FL-EGFP-TeNT系統を用いた神経伝達遮断実験。外側手綱の投射する、正中縫線核へ逆行性ウイルスベクターAAVrg-EF1a-mCherry-Creを注入し、外側手綱特異的な遺伝子操作を可能にした。現在、ウイルス感染動物の行動解析を行なっている。２）Brn3a-IRES-Flp単独系統の正中縫線核へ、新規に開発されたAAVrg-Syn-fDIO-hM3D-mCherryを注入したが、上記同様のウイルス液濃度では逆行性感染の効率が低く、ごく少数の細胞のみを標識した。現在、ウイルス感染効率の最適化を行なっている。
一方で、対象群に対して行ったhM3Dを発現する順行性ウイルスベクターは手綱の亜領域に対して、非特異的ではあるが、高い感染効率を示していた。このhM3Dを発現する手綱核細胞をリガンドであるClozapine-N-oxideで活性化させたところ、マウスのホームケージ活動の一時低下がみられた。さらに、これらのマウスの手綱組織における遺伝子発現解析を行ったところ、interleukine-1bなどの向炎症性サイトカインの発現がみられた。これらの結果は、化学遺伝学プローブhM3Dにより活性化した神経細胞が何らかの機構により手綱局所の神経炎症を惹起したことを示唆している。また、神経炎症がうつ病様の行動異常に与える影響をマウスで調べ、国際学術雑誌Shockに発表した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] GENETIC DELETION OF TRANSLOCATOR PROTEIN EXACERBATES POST-SEPSIS SYNDROME WITH ACTIVATION OF THE C1Q PATHWAY IN SEPTIC MOUSE MODEL (2023)
  • Author(s): Kikutani K, Hosokawa K, Giga H, Ota K, Matsumata M, Zhu M, Takemoto H, Ji B, Ohshimo S, Shime N, Aizawa H.
  • Journal Title: SHOCK Volume: 59 Issue: 1 Pages: 82-90
  • DOI: 10.1097/shk.0000000000002030
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anti-seizure effects of medicinal plants in Malawi on pentylenetetrazole-induced seizures in zebrafish larvae (2022)
  • Author(s): Gwedela Mayeso Naomi Victoria、Terai Haruhi、Lampiao Fanuel、Matsunami Katsuyoshi、Aizawa Hidenori
  • Journal Title: Journal of Ethnopharmacology Volume: 284 Pages: 114763-114763
  • DOI: 10.1016/j.jep.2021.114763
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spike firing attenuation of serotonin neurons in learned helplessness rats is reversed by ketamine (2021)
  • Author(s): Hashimoto Kouichi、Yamawaki Yosuke、Yamaoka Kenji、Yoshida Takayuki、Okada Kana、Tan Wanqin、Yamasaki Miwako、Matsumoto-Makidono Yoshiko、Kubo Reika、Nakayama Hisako、Kataoka Tsutomu、Kanematsu Takashi、Watanabe Masahiko、Okamoto Yasumasa、Morinobu Shigeru、Aizawa Hidenori、Yamawaki Shigeto
  • Journal Title: Brain Communications Volume: 3 Issue: 4 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1093/braincomms/fcab285
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Electrophysiological and pharmacological characterization of spreading depolarization in the adult zebrafish tectum (2021)
  • Author(s): Terai Haruhi、Gwedela Mayeso Naomi Victoria、Kawakami Koichi、Aizawa Hidenori
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology Volume: 126 Issue: 6 Pages: 1934-1942
  • DOI: 10.1152/jn.00343.2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Novel Microcontroller-Based System for the Wheel-Running Activity in Mice (2021)
  • Author(s): Zhu Meina、Kasaragod Deepa Kamath、Kikutani Kazuya、Taguchi Kei、Aizawa Hidenori
  • Journal Title: eneuro Volume: 8 Issue: 6 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1523/eneuro.0260-21.2021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pharmacological and Genetic Inhibition of Translocator Protein 18 kDa Ameliorated Neuroinflammation in Murine Endotoxemia Model (2020)
  • Author(s): Giga Hiroshi、Ji Bin、Kikutani Kazuya、Fukuda Shuji、Kitajima Takashi、Katsumata Seishi、Matsumata Miho、Suhara Tetsuya、Yamawaki Shigeto、Shime Nobuaki、Hosokawa Koji、Aizawa Hidenori
  • Journal Title: Shock Volume: Publish Ahead of Print Issue: 1 Pages: 142-149
  • DOI: 10.1097/shk.0000000000001703
  • Peer Reviewed
• [Presentation] うつ病様行動異常における手綱核アストロサイトの役割 (2023)
  • Author(s): 相澤秀紀、松股美穂、Xintong Yao、Wanqin Tan、田中光一
  • Organizer: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] 敗血症後症候群における海馬TSPOの役割 (2022)
  • Author(s): 相澤秀紀、菊谷和也、細川康二、儀賀普嗣、太田浩平、松股美穂、Meina Zhu、志馬伸朗
  • Organizer: 日本解剖学会第 76 回中国・四国支部学術集会
• [Presentation] 片頭痛前兆に伴う拡延性脱分極の臨床前研究 (2022)
  • Author(s): 相澤秀紀
  • Organizer: 第５０回日本頭痛学会総会
  • Invited
• [Presentation] Wide-field serial block-face fluorescence microscope using deep ultraviolet light for whole-brain imaging (2021)
  • Author(s): Kasaragod Deepa Kamath, Zhu Meina, Takemoto Hidenori, Aizawa Hidenori
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マウス輪回し行動解析における新規マイクロコントローラシステムの構築 (2021)
  • Author(s): 相澤秀紀、Meina Zhu, Deepa Kamath Kasaragod, 菊谷知也、田口慧
  • Organizer: 日本解剖学会第75回中国・四国支部学術集会
• [Remarks] 広島大学相澤研究室ホームページ
  • URL: https://neurobio.hiroshima-u.ac.jp/en/
• [Remarks] 広島大学神経生物学