2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Mechanisms underlying the functional shift of brain neural circuitry for behavioral adaptation |
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26112002
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| Research Institution | Fukushima Medical University |
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Principal Investigator |
小林 和人 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (90211903)
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| Project Period (FY) |
2014-06-27 – 2019-03-31
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| Keywords | 高頻度逆行性遺伝子導入 / 光遺伝学 / 化学遺伝学 / 刺激弁別学習 / 皮質基底核回路 / 機能シフト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々の研究グループは、遺伝子操作を利用して神経回路を操作・改変する新規技術の開発を進めてきた。特に、高頻度逆行性遺伝子導入ベクターを応用した経路選択的な回路制御技術は、選択的プロモーターが特定されていない細胞種においても機能操作が可能であるため、脳科学分野の研究に広く資する可能性が期待されている。本研究では、我々の遺伝子改変技術をさらに発展させ、第一に、神経回路の経路選択的な活動制御を目的に、光や化学物質に応答する膜タンパク質を目的の神経路に導入し、任意の時期に活動を調節する新しい技術（光遺伝学および化学遺伝学）の開発に取り組み、第二に、学習のプロセスに伴って回路が機能シフトをおこす神経機構について、大脳皮質―基底核ループを介するメカニズムの解明に取り組むことを目的にしている。本年度は、光遺伝学による経路選択的な神経活動制御のために、部位特異的組換え反応を応用した二重遺伝子導入法を用いて特定の神経路において光感受性タンパク質の効率的な発現の誘導を行った。Cre組換え酵素をコードする高頻度逆行性遺伝子導入ベクターをマウスの線条体に注入し、大脳皮質にCre-loxP組み換えに依存してチャネルロドプシン-2-Venusを発現するAAVベクターうぇお注入した。皮質線条体路において導入遺伝子の高いレベルの発現が誘導され、光照射により標的神経路の活動の促進の誘導されることを確認した。また、学習プロセスにおける回路の遷移に関わる神経機構を解明するために、刺激弁別課題の獲得過程において、初期に背外側線条体 (DLS)を必要とし、後期に背内側線条体 (DMS)を必要とすることが示唆された。また、代表的な２種類の視床線条体路(中心外側核と束傍核に由来する)において学習の獲得と実行の時期において役割の異なることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の計画に基づいて、順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、抑制性の光感受性タンパク質を効率よく発現させるシステムを構築する。化学遺伝学による経路選択的な活動制御のために、二重遺伝子導入法を用いて特定の神経路においてDREADDのhMD3およびhMD4受容体の遺伝子を発現させる実験系の構築に取り組む。選択的リガンドの投与により、標的神経路の活動を促進性あるいは抑制性に制御する。学習プロセスにおける回路の遷移に関わる神経機構を解明するために、刺激弁別課題の獲得と実行に背内側線条体 (DMS)、背外側線条体 (DLS)に加え、側坐核 (NAc)がどのように関与するかを脳領域破壊実験により解析する。また、学習プロセスの過程で、DLSやDMSから出力する直接路と間接路の機能にシフトが認められるかどうか解析する。また、その過程でのDLS/DMSにおける神経活動の変化を電気生理学的に解析する。
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[Journal Article] Involvement of cholinergic system in hyperactivity in dopamine-deficient mice.2015
Author(s)
Hagino, Y., Kasai, S., Fujita, M., Setogawa, S., Yamaura, H., Yanagihara, D., Hashimoto, M., Kobayashi, K., Meltzer, H.Y., and Ikeda, K.
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Journal Title
Neuropsychopharmacology
Volume: 40
Pages: 1141-1150
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Enhanced flexibility of place discrimination learning by targeting of striatal cholinergic interneurons.2014
Author(s)
Okada, K., Nishizawa, K., Fukabori, R., Kai, N., Shiota, A., Ueda, S., Tsutsui, Y., Sakata, S., Matsushita, N., and Kobayashi, K.
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Journal Title
Nat. Commun.
Volume: 5
Pages: 3778
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Simultaneous visualization of extrinsic and intrinsic axon collaterals in Golgi-like detail for mouse corticothalamic and corticocortical cells: a double viral infection method.2014
Author(s)
Watakabe, A., Takaji, M., Kato, S., Kobayashi, K., Mizukami, H., Ozawa, K., Ohsawa, S., Matsui, R., Watanabe, D., and Yamamori, T.
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Journal Title
Front. Neural Circuits
Volume: 8
Pages: 110
DOI
Peer Reviewed
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