概日時計が制御するシンギュラリティー神経回路の探索

• Project Area: Singularity biology
• Project/Area Number: 21H00422
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 小野 大輔 名古屋大学, 環境医学研究所, 講師 (30634224)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 概日リズム / 神経回路 / 光操作 / 体温 / 視交叉上核 / 体温調節 / 視床下部 / 日内休眠 / 生物発光

Outline of Research at the Start

生体の時間調節機構に重要な役割を持つのが概日時計である。この概日時計は、睡眠・覚醒といった生体の２４時間のリズムを作り出すぺースメーカーとして機能し、その中枢概日時計が、脳内の視床下部に位置する視交叉上核に存在する。この視交叉上核を電気的に破壊すると、２４時間の体内のリズムが破綻し、様々な生理機能の時間的秩序が崩壊する事から、生理機能のタイミングに視交叉上核が重要な役割を持つことが示唆されている。本研究では、マウスの生理機能のタイミングを調節する神経メカニズムを明らかにし、概日時計が制御するシンギュラリティ神経回路の同定を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

実験動物であるマウスを低温環境で給餌を一時的に行わない絶食条件にすると、能動的低代謝を示し体温が室温にまで低下する。この低代謝状態を休眠と呼ぶ。これまでの申請者の研究から、この休眠導入のタイミングは絶食を開始するタイミングが明期か暗期かに関わらず、暗期の後半から明け方にみられる事が分かってきた。つまり、低温・絶食により何らかの負債が体内で蓄積し（休眠負債と定義する）、その条件で生体が示す特定の時間がくると休眠に入ることが可能になる。ここで生体の時間調節機構として概日時計が重要な役割を持つと考えられる。睡眠・覚醒などの生理機能の２４時間のリズムを調節しているのが、この概日時計である。本研究では、低温・絶食により蓄積する休眠負債因子が作用する神経細胞と、概日時計により制御される神経細胞がオーバーラップする神経細胞群を、休眠を誘導するシンギュラリティー細胞とし、７千万あるというマウスの神経細胞の中から、その細胞と神経回路を見つけ出す。
今年度は視交叉上核の活性化により、日内休眠が抑制されるという事から、日内休眠を誘導する脳領域の同定を行った。その結果、複数の脳領域が視交叉上核からの入力を受け、神経活動が抑制され、その結果日内休眠が抑制されている事を明らかにした。

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

• [Int'l Joint Research] 北京大学(中国)
• [Journal Article] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in the suprachiasmatic nucleus (2023)
  • Author(s): Daisuke Ono, Huan Wang, Chi Jung Hung, Hsin-Tzu Wang, Naohiro Kon, Akihiro Yamanaka, Yulong Li, Takashi Sugiyama
  • Journal Title: Science Advances Volume: 9 Issue: 1
  • DOI: 10.1126/sciadv.abq7032
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Serotonergic neurons control cortical neuronal intracellular energy dynamics by modulating astrocyte-neuron lactate shuttle (2023)
  • Author(s): Natsubori Akiyo、Hirai Shinobu、Kwon Soojin、Ono Daisuke、Deng Fei、Wan Jinxia、Miyazawa Momoka、Kojima Takashi、Okado Haruo、Karashima Akihiro、Li Yulong、Tanaka Kenji F.、Honda Makoto
  • Journal Title: iScience Volume: 26 Issue: 1 Pages: 105830-105830
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.105830
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Level of constitutively expressed BMAL1 affects the robustness of circadian oscillations (2022)
  • Author(s): Padlom Apirada、Ono Daisuke、Hamashima Rio、Furukawa Yuko、Yoshimura Takashi、Nishiwaki-Ohkawa Taeko
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 19519-19519
  • DOI: 10.1038/s41598-022-24188-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neural circuits in the central circadian clock and their regulation of sleep and wakefulness in mammals (2022)
  • Author(s): Ono, D.
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 182 Pages: 44932-44932
  • DOI: 10.1016/j.neures.2022.05.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional Interaction Between GABAergic Neurons in the Ventral Tegmental Area and Serotonergic Neurons in the Dorsal Raphe Nucleus (2022)
  • Author(s): Rahaman Sheikh Mizanur、Chowdhury Srikanta、Mukai Yasutaka、Ono Daisuke、Yamaguchi Hiroshi、Yamanaka Akihiro
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 16 Pages: 808754-808754
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.877054
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Conditional Knockout of Bmal1 in Corticotropin-Releasing Factor Neurons Does Not Alter Sleep-Wake Rhythm in Mice. (2022)
  • Author(s): Hung CJ, Yamanaka A, *Ono D.
  • Journal Title: Front Neurosci Volume: 15 Pages: 808754-808754
  • DOI: 10.3389/fnins.2021.808754
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The food-entrainable oscillator is a complex of non-SCN activity bout oscillators uncoupled from the SCN circadian pacemaker (2021)
  • Author(s): Nishide, S., Suzuki, Y., Ono, D., Honma, S., and Honma, K.
  • Journal Title: Journal of Biological Rhythms Volume: 36(6) Issue: 6 Pages: 575-588
  • DOI: 10.1177/07487304211047937
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CHRONO and DEC1/DEC2 compensate for lack of CRY1/CRY2 in expression of coherent circadian rhythm but not in generation of circadian oscillation in the neonatal mouse SCN. (2021)
  • Author(s): Ono D, Honma KI, Schmal C, Takumi T, Kawamoto T, Fujimoto K, Kato Y, Honma S.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 11 Issue: 1 Pages: 19240-19240
  • DOI: 10.1038/s41598-021-98532-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Editorial: Development of Circadian Clock Functions (2021)
  • Author(s): Myung Jihwan、Nakamura Takahiro J.、Jones Jeff R.、Silver Rae、Ono Daisuke
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 15 Pages: 735007-735007
  • DOI: 10.3389/fnins.2021.735007
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reversible modulation of circadian time with chronophotopharmacology (2021)
  • Author(s): Kolarski Dusan、Mir-Vinyals Carla、Sugiyama Akiko、Srivastava Ashutosh、Ono Daisuke、Nagai Yoshiko、Iida Mui、Itami Kenichiro、Tama Florence、Szymanski Wiktor、Hirota Tsuyoshi、Feringa Ben L.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 3164-3164
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23301-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Roles of Neuropeptides, VIP and AVP, in the Mammalian Central Circadian Clock (2021)
  • Author(s): Ono Daisuke、Honma Ken-ichi、Honma Sato
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 15 Pages: 650154-650154
  • DOI: 10.3389/fnins.2021.650154
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in the suprachiasmatic nucleus (2023)
  • Author(s): 小野大輔，Huan Wang, Chi Jung Hung, Hsin-tzu Wang, 山中章弘，Yulong Li, 杉山崇
  • Organizer: 第100回日本生理学会
• [Presentation] The central circadian clock regulates wakefulness via CRF neurons in the hypothalamus (2022)
  • Author(s): Ono, D.
  • Organizer: Journal of Neurochemistry Mini-meet
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in mouse suprachiasmatic nucleus (2022)
  • Author(s): Ono, D., Wang, H., Hung, J.C., Wang, T.H., Kon, N., Yamanaka, A., Li, Y., and Sugiyama, T.
  • Organizer: International Symposium on Chronogenesis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in mouse suprachiasmatic nucleus (2022)
  • Author(s): Ono, D.
  • Organizer: 第29回日本時間生物学会
• [Presentation] Network driven circadian cAMP rhythm in the mouse suprachiasmatic nucleus (2022)
  • Author(s): Ono, D., Hung, J.C.,Yamanaka. A., and Sugiyama, T.
  • Organizer: NEURO2022
• [Presentation] Circadian output pathways from the suprachiasmatic nucleus that control sleep and wakefulness (2022)
  • Author(s): Ono, D.
  • Organizer: 第99回日本生理学会
  • Invited
• [Presentation] 中枢概日時計細胞の同期・非同期状態と生後発達 (2021)
  • Author(s): 小野大輔
  • Organizer: 第72回コロイドおよび界面化学討論会
  • Invited
• [Presentation] The central circadian clock regulates wakefulness via CRF neurons in the hypothalamus (2021)
  • Author(s): Ono, D., Mukai, Y., Hung, C. J, Chowdury, S., Sugiyama, T., and Yamanaka A.
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] Optical recording of intracellular cAMP rhythms in the mouse suprachiasmatic nucleus (2021)
  • Author(s): 小野大輔，Chi Jung Hung，杉山崇，山中章弘
  • Organizer: 第28回日本時間生物学会
• [Presentation] The suprachiasmatic nucleus regulates wakefulness via CRF neurons in the hypothalamus (2021)
  • Author(s): Ono, D.
  • Organizer: 5th Asian forum on chronobiology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 体内時計中枢における細胞内 cAMP の機能を解明
  • URL: https://www.med.nagoya-u.ac.jp/medical_J/research/pdf/Sci_230105.pdf
• [Remarks] My home page
  • URL: https://daiono14.wixsite.com/circadianrhythm
• [Remarks] 研究ユニットHP
  • URL: https://daiono14.wixsite.com/circadianrhythm