Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
本研究は、遺伝子工学に基づく神経活動の光操作と脳代謝活動の生体計測を組み合わせ、グリア細胞の一種であるアストロサイトが、動物の覚醒神経の一つであるセロトニン神経による活動制御を受けて、動物の覚醒時に近傍神経の細胞内エネルギーを増加させる仕組みを解明する。さらに、このセロトニンーアストロサイトの代謝ネットワークによる神経エネルギー調節機構が、神経の発火活動や記憶などの脳機能の適正化に必要であることを証明する。
本研究は、グリア細胞の一種であるアストロサイトが覚醒神経の一つであるセロトニン神経による活動制御を受けて、動物の覚醒時に近傍神経の細胞内エネルギーを増加させる仕組みを解明した。具体的には、縫線核セロトニン神経の光操作とアストロサイト・脳代謝動態の生体計測を組み合わせ、アストロサイトの2種類の代謝調節活動（近傍神経への乳酸供給活動と局所血流調節機能）がセロトニン神経からの調節を受けて変動し、皮質神経の細胞内ATP濃度の増加に寄与するという仮説を検証した。まずアストロサイトから近傍神経への乳酸供給活動のセロトニン神経性調節の検証として、Tph2-ChR2マウスを用いた縫線核セロトニン神経の光活性化による、皮質アストロサイトの細胞内cAMPシグナル（乳酸産生トリガーシグナル）の活性化と細胞外乳酸の増加を明らかにし、セロトニン入力による皮質アストロサイトの乳酸供給活動促進を示した。次に薬理実験により、このセロトニン入力によるアストロサイトから近傍神経への乳酸供給活動促進は、皮質神経のATP濃度増加に寄与することを明らかにした。さらにDREADDシステムを用い、縫線核セロトニン神経の活動抑制による皮質神経のATP濃度の覚醒時上昇の抑制を確認し、セロトニン神経性調節はおそらくアストロサイト活動・機能を介した神経ATP濃度の最適化に必要であることを示した。次にアストロサイトの局所血流調節活動のセロトニン神経性調節の検証として、セロトニン神経光活性化による皮質アストロサイトのCa2+シグナル活性化と二峰性の皮質血流変動を明らかにした。このセロトニン依存性の皮質血流変動の増加成分がアストロサイト活動の抑制処置により減少したことから、アストロサイトはセロトニン入力下で血流増加方向の調節作用を示すことが明らかとなった。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results, Peer Reviewed: 4 results, Open Access: 5 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results)
iScience
Volume: 26 Issue: 1 Pages: 105830-105830
10.1016/j.isci.2022.105830
Neuroscience Research
Volume: 22 Pages: 00298-00298
10.1016/j.neures.2022.12.008
Farumashia
Volume: 58 Issue: 9 Pages: 877-881
10.14894/faruawpsj.58.9_877
Translational Vision Science & Technology
Volume: 11 Issue: 1 Pages: 25-25
10.1167/tvst.11.1.25
The Brain & Neural Networks
Volume: 28 Issue: 2 Pages: 87-92
10.3902/jnns.28.87
130008062344
Nature Communications
Volume: 12 Issue: 1 Pages: 3773-3773
10.1038/s41467-021-23987-z
120007125060
