glia decoding in the habenula for stress susceptibility

• Project Area: Glia decoding: deciphering information critical for brain-body interactions
• Project/Area Number: 21H05628
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• 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): 2021-09-10 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: グリア / アストロサイト / 手綱 / モノアミン / ストレス / 手綱核 / 炎症 / うつ病 / 誕生日 / デコーディング

Outline of Research at the Start

手綱核はモノアミン神経系を制御する中枢である。我々は、手綱核のグリアの動態を解析し、その機能異常がストレス感受性の増加を引き起こすことを見出した。この研究成果を基に我々は「脳局所のグリア細胞情報が個体のストレス感受性を決定する」という仮説に至っている。本領域では、我々が独自に開発した手綱核特異的グリア細胞標識法を用いて、報酬や嫌悪刺激に対する手綱核のアストロサイト活性をカルシウムイメージングにより可視化し、ストレス応答に関する脳情報のグリアデコードを行う。また、光遺伝学により手綱核のアストロサイトの活動を操作し、神経細胞・ミクログリア活性やストレス下の行動に与える影響を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、モノアミン制御領域である手綱核を対象とした神経ーグリア相関を調べることで、脳局所のグリア機能異常がストレス感受性など動物の生存戦略に果たす役割を明らかにすることである。この問題の解決にあたり、昨年度までに、遺伝子改変マウスDbx1-CreERT2系統を用いた時期特異的遺伝子組換え法を用いて、グリアの一種であるアストロサイトの標識に成功した。今年度は、この方法を応用し、脱分極操作を可能にする光遺伝学プローブChR2を手綱核のアストロサイトに発現させるマウスを作成し、解析した。470nmの青色光を手綱核へ照射したところ、手綱核の神経細胞の一時的な発火率の上昇を観察した。このアストロサイトを介した神経細胞の活性化の分子基盤を明らかにするため、細胞外カリウムイオンを測定するイオン選択性電極による測定系を確立した。具体的には、ダブルバレル電極の先端にカリウム選択的透過性のある抗生物質バリノマイシンを設置した電極を作成した。in vitroにおけるカリウム含有溶液を用いてin vitro測定系でカリウム濃度と電極間の電位差のキャリブレーションを行った。このデータを解析し、作成電極のカリウム感受性を測定した上で、麻酔下マウスの手綱核に設置した。実験の結果、手綱核において上記光刺激に応答する細胞外カリウムイオンの上昇を観察した。また、同様の光刺激が、マウスのオープンフィールドにおける活動性低下や尾懸垂試験における絶望行動の増悪を引き起こすことを見出した。現在これらの研究成果をまとめて論文を作成中である。
また、アストロサイトやミクログリアなどの活性化を伴う病態として敗血症モデルを解析し、続発症としてのうつ病様行動異常を見出した。その研究成果をまとめて、国際学術雑誌Shockへ発表した。

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ホームページ