2016 Fiscal Year Research-status Report
錐体オプシンを用いた光遺伝学的手法による睡眠・覚醒制御システム作動機序の解析
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15K01832
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
前島 隆司 金沢大学, 医学系, 助教 (70399319)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 睡眠・覚醒 / セロトニン / オレキシン / 光遺伝学 / 錐体オプシン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
睡眠は心身の健康を保つために不可欠な生理機能であり、睡眠・覚醒制御システムの解明は睡眠障害の治療、より健全な社会生活の構築に寄与する重要な研究課題である。しかしその制御システムを担う神経回路基盤の動的な作動機序について依然不明な部分が多い。近年任意の神経細胞の活動を光照射により時空間的に精緻に操作する方法（光遺伝学）が確立され、脳機能の研究に大きな成果を挙げている。本研究では、錐体オプシンを用いた光遺伝学的手法を導入し、睡眠・覚醒制御システムにおける視床下部神経系とモノアミン・コリン作動性神経系の機能的役割を解析している。
本年度は、ナルコレプシー睡眠障害モデルマウスを用い、情動性脱力発作（カタプレキシー）におけるセロトニン神経系の病態生理学的役割を解析し、扁桃体におけるセロトニン放出により情動性脱力発作の発生が制御されることを明らかにした。実験では、アデノ随伴ウイルスベクターを用いてセロトニン神経特異的に変異型チャネルロドプシンまたは錐体オプシンを遺伝子導入し、扁桃体においてセロトニン線維上に発現するそれら光感受性素子を光刺激してセロトニン放出を人為的に操作し、情動性脱力発作に対する影響を観察した。最初に、スライス標本において電気生理学的解析を行い、実際に光照射により錐体オプシンを活性化して扁桃体におけるセロトニンの放出が抑制されることを確認した。そして、生体の疾患モデルマウスにおいて、扁桃体においてセロトニンの放出を高めると情動性脱力発作の発生頻度が著しく減弱し、逆にセロトニンの放出を抑えると発生頻度が高まることが観察された。以上のように、ナルコレプシー睡眠障害における情動性脱力発作や睡眠発作に関わる神経回路の病態を解明することで、正常な睡眠・覚醒制御システムの作動機序が明らかになると期待される。
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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
昨年度立ち上げを行った錐体オプシンを用いた光遺伝学的手法を実際に活用し、ナルコレプシー睡眠障害モデルマウスにおける情動性脱力発作（カタプレキシー）に関与するセロトニン神経系の病態生理学的役割を解析した。アデノ随伴ウイルスベクターを用いてセロトニン神経特異的に錐体オプシンを遺伝子導入し、スライス標本における電気生理学的解析により、扁桃体においてセロトニン投射線維上に発現する錐体オプシンを光刺激して人為的にセロトニン放出を抑制できることを示した。さらに、遺伝子操作により情動性脱力発作が改善された疾患モデルマウスにおいて、錐体オプシンによる光遺伝学的操作により扁桃体におけるセロトニンの放出を抑えると再び情動性脱力発作を生じることが観察された。以上のように、錐体オプシンを用いた光遺伝学的手法を実際に活用して、ナルコレプシー睡眠障害に関わる神経回路の病態を解明することができたため、研究がおおむね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度の実験計画に従い、セロトニン神経系以外のモノアミン・コリン作動性神経系について睡眠・覚醒制御システムにおける機能的役割の解析を行う。昨年度以前よりノルアドレナリン神経系及びヒスタミン神経系について一部研究に着手しており、これを促進する。特に生体マウスを対象とした光遺伝学的操作による行動学的解析を軸に研究を進める。また、昨年度改変型狂犬病ウイルスによる逆行性神経標識法を用いてヒスタミン神経細胞へシナプス入力する神経細胞の同定を行っており、ここで見出された神経回路を対象に電気生理学的及び光遺伝学的実験を行い、回路の生理学的役割を明らかにしてゆく。
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| Causes of Carryover |
購入を予定していたマニュピュレーターの価格がモデル更新に伴い上昇したため、購入を見送った。また、一部の学会参加を見送ったため旅費分が軽減した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
マニュピュレーターの購入に充てる。また、試薬及び光学素子の購入に充てる。
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