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Role of hydrogen sulfide synthesis at the respiratory center in spatiotemporal dynamics of neural circuits

Publicly Offered Research

Project AreaLife Science Innovation Driven by Supersulfide Biology
Project/Area Number 22H05557
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

小金澤 禎史  筑波大学, 医学医療系, 准教授 (80431691)

Project Period (FY) 2022-06-16 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Keywords硫化水素 / 呼吸 / 呼吸中枢 / 神経回路 / 時空間ダイナミクス
Outline of Research at the Start

硫化水素は毒ガスとして知られているが、近年、体内で合成された硫化水素および超硫黄分子が様々な生体システムの調節に関与していることが明らかになってきた。特に、研究代表者の先行研究により、脳内では、呼吸運動の調節に硫化水素の合成が関与していることが示唆されている。そこで、本研究では、呼吸中枢における硫化水素の合成が、呼吸中枢を構成する機能の異なるニューロン群それぞれに果たす役割、さらに、それに基づいて呼吸中枢の神経回路網の時空間ダイナミクスをもたらす機構を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

硫化水素は毒ガスとして知られているが、近年、体内で合成された硫化水素および超硫黄分子が様々な生体システムの調節に関与していることが明らかになってきた。研究代表者は、先行研究において、脳全体での硫化水素の合成阻害は正常な呼吸運動の形成を妨げることを報告している。一方で、呼吸中枢は機能の異なる呼吸ニューロン群から構成されていることが知られている。中でも、延髄呼吸中枢のニューロン群は、呼吸形成における主要なニューロン群であることが知られている。そこで、延髄呼吸中枢の各ニューロン群における硫化水素合成の機能的役割を検討した。
実験では、脳内循環が一定な条件で呼吸出力の変化を解析するために、ラットの経血管灌流標本を用い、呼吸出力変化に寄らずに脳内循環を一定に保った。その上で、脳内にその発現が確認されている硫化水素合成酵素(cystathionine-β-synthase (CBS))の阻害薬を、延髄呼吸中枢を構成する各脳領域へ微量投与し、呼吸神経からの呼吸出力に対する影響を解析した。その結果、延髄呼吸中枢の各脳領域におけるCBS阻害は、阻害脳領域に特異的な呼吸出力の変化を引き起こした。このことは、脳内で合成された硫化水素は、延髄呼吸中枢の各脳領域において、異なる機能的役割を有していることを示唆した。さらに、CBS阻害による延髄呼吸中枢神経回路網の時空間ダイナミクスをより詳細に捉えるために、多電極シリコンプローブを延髄呼吸中枢へ留置し、呼吸中枢のマルチニューロン活動の同時記録を行い、記録されたニューロン活動に対して主成分分析を行った。その結果、脳座標および主成分座標上において、呼吸中枢ニューロン群の活動を呼吸相に依存した時空間依存的な変動として表現することに成功した。したがって、呼吸中枢の神経回路網の時空間ダイナミクスについて、延髄呼吸中枢全体を対象として捉えることが可能となった。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Hydrogen sulfide production in the medullary respiratory center modulates the neural circuit for respiratory pattern and rhythm generations2023

    • Author(s)
      Okazaki Minako、Matsumoto Masayuki、Koganezawa Tadachika
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 20046-20046

    • DOI

      10.1038/s41598-023-47280-9

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 高密度電極を用いた呼吸ニューロンの網羅的同時記録2024

    • Author(s)
      岡﨑実那子、小金澤禎史
    • Organizer
      第101回日本生理学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 呼吸中枢での吸息/呼息バランスの調節における硫化水素の役割とシナプス伝達阻害との比較2023

    • Author(s)
      岡﨑実那子、小金澤禎史
    • Organizer
      第100回日本生理学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 吻側延髄腹外側部において合成される内因性硫化水素は交感神経プレモーターニューロンの活動を抑制性に制御する2023

    • Author(s)
      山田祐華、小金澤禎史
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 興奮性シナプス伝達の調節を介した延髄呼吸中枢における硫化水素の機能解析2023

    • Author(s)
      岡﨑実那子、小金澤禎史
    • Organizer
      第46回日本神経科学大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Hydrogen sulfide in the medullary respiratory center facilitates excitatory synaptic transmission to maintain eupnea2023

    • Author(s)
      Okazaki M, Koganezawa T
    • Organizer
      Tsukuba Conference 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrogen sulfide synthesized in the rostral ventrolateral medulla modulates the respiratory activity of sympathetic premotor neurons of rats2023

    • Author(s)
      Yamada Y, Koganezawa T
    • Organizer
      Tsukuba Conference 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Endogenous hydrogen sulfide in the medullary respiratory center stabilizes the frequency and power of respiration in a regionally distinct way.2023

    • Author(s)
      Okazaki M, Koganezawa T
    • Organizer
      Society for Neuroscience 52nd Annual Meeting
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 呼吸中枢での吸息/呼息バランスの調節における硫化水素の役割とシナプス伝達阻害との比較2023

    • Author(s)
      岡崎実那子、小金澤禎史
    • Organizer
      第100回日本生理学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 延髄呼吸中枢における硫化水素の領域依存的役割2022

    • Author(s)
      岡﨑実那子、小金澤禎史
    • Organizer
      NEURO2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrogen sulfide in the medullary respiratory center maintains respiratory pattern in a region-dependent manner2022

    • Author(s)
      Minako Okazaki, Tadachika Koganezawa
    • Organizer
      The 12th Congress of the International Society of Autonomic Neuroscience
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrogen sulfide in the respiratory center is required to maintain breathing2022

    • Author(s)
      Minako Okazaki, Tadachika Koganezawa
    • Organizer
      Tsukuba Global Science Week 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Functional roles of endogenous hydrogen sulfide in the respiratory and cardiovascular control systems2022

    • Author(s)
      Tadachika Koganezawa
    • Organizer
      The 15th Oxford Conference on Modelling and Control of Breathing
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] We observed regional differences in the contribution of hydrogen sulfide in the medullary respiratory center to respiratory intensity and frequency.2022

    • Author(s)
      Minako Okazaki, Tadachika Koganezawa
    • Organizer
      The 15th Oxford Conference on Modelling and Control of Breathing
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 脳内硫化水素の呼吸調節における役割2022

    • Author(s)
      小金澤禎史
    • Organizer
      第75回日本自律神経学会総会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] The effect of inhibiting hydrogen sulfide synthesis in the medullary respiratory center on the respiratory pattern generation.2022

    • Author(s)
      Tadachika Koganezawa, Yuka Yamada, Chikako Kotani, Minako Okazaki
    • Organizer
      The 12th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 脳内で硫化水素が呼吸を調節する仕組みを発見

    • URL

      https://www.tsukuba.ac.jp/journal/medicine-health/20231204190000.html

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-06-20   Modified: 2024-12-25  

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