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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Optogenetic study of the brain circuits for defense response

Research Project

Project/Area Number 16H05130
Research InstitutionKagoshima University

Principal Investigator

桑木 共之  鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (80205260)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords神経科学 / ストレス / オレキシン / セロトニン / 生理学
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的はストレス防衛反応の脳内回路の詳細を、光遺伝学の利点を生かして神経伝達物質や神経回路特異的に解明することである。そのために以下の実験を行った。
(1)オレキシンニューロン特異的にカルシウム感受性蛍光タンパク質のGCaMPを発現させたマウスを作成してストレス刺激(縄張り侵入者、捕食者の臭い、超音波警戒音、絶食)刺激を行った。ストレスによって心拍数と体温が増加するのに先立ってオレキシンニューロンが活性化されることが確認出来た。また、実際に身体的ストレスが与えられなくてもストレスの予期のみで活性化された。すなわち、オレキシンニューロンの活性化は身体ストレスのみならず心理ストレス誘発自律反応の原因になっていることが確認された。
(2)オレキシンニューロン特異的に光によって神経活動を活性化させることの出来るチャネルロドプシンを発現させたマウスを作成して摂食量の測定を行った。オレキシンニューロンの活性化によって摂食量の増加が確認された。投射先の1つである島皮質のオレキシン神経終末の活性化によっても摂食量が増加した。この実験系を用いることで投射先におけるオレキシンの機能を明らかにすることが出来た。また、ストレスによる摂食障害にオレキシンの過活性化が関与している可能性が示唆された。
(3)セロトニンニューロン特異的に光によって神経活動を抑制させることの出来るアーケオロドプシンを発現させたマウスを作成して縄張り侵入者試験を行った。延髄縫線核のセロトニンニューロンの抑制によってストレス誘発心拍数上昇は抑制されたが体温上昇は抑制されなかった。すなわち、心拍数と体温の出力経路は別々の脳内回路であることが明らかになった。
(4)オレキシン受容体阻害薬によって誘発した睡眠時にはストレス誘発覚醒反応がほぼ正常に保たれていることを発見した。これは従来のベンゾジアゼピン系睡眠薬には無い特徴であった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Remarks

研究室独自ホームページ

  • Research Products

    (27 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 5 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 中国医科大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      中国医科大学
  • [Journal Article] Orexin receptor blockade-induced sleep preserves the ability to wake in the presence of threat in mice.2019

    • Author(s)
      Shouhei Iwakawa, Yuichi Kanmura, Tomoyuki Kuwaki
    • Journal Title

      Frontiers in Behavioral Neuroscience

      Volume: 12 Pages: 327

    • DOI

      10.3389/fnbeh.2018.00327

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Inactivation of Serotonergic Neurons in the Rostral Medullary Raphe attenuates Stress-induced Tachypnea and Tachycardia in Mice.2018

    • Author(s)
      Yoko Ikoma, Ikue Kusumoto-Yoshida, Akihiro Yamanaka, Youichirou Ootsuka, Tomoyuki Kuwaki
    • Journal Title

      Frontiers in Physiology

      Volume: 9 Pages: 832

    • DOI

      10.3389/fphys.2018.00832

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Acute aversive stimuli rapidly increase the activity of ventral tegmental area dopamine neurons in awake mice.2018

    • Author(s)
      Shunpei Moriya, Akira Yamashita, Shigetaka Kawashima, Ryusei Nishi, Akihiro Yamanaka, Tomoyuki Kuwaki
    • Journal Title

      Neuroscience

      Volume: 386 Pages: 16-23

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2018.06.027

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Linalool odor-induced anxiolytic effects in mice.2018

    • Author(s)
      Hiroki Harada, Hideki Kashiwadani, Yuichi Kanmura, Tomoyuki Kuwaki
    • Journal Title

      Frontiers in Behavioral Neuroscience

      Volume: 12 Pages: 241

    • DOI

      10.3389/fnbeh.2018.00241

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] [Na+] increases in body fluids sensed by central Nax induce sympathetically mediated blood pressure elevations via H+-dependent activation of ASIC1a.2018

    • Author(s)
      Kengo Nomura, Takeshi Y. Hiyama, Hiraki Sakuta, Takashi Matsuda, Chia-Hao Lin, Kenta Kobayashi, Kazuto Kobayashi, Tomoyuki Kuwaki, Kunihiko Takahashi, Shigeyuki Matsui, Masaharu Noda
    • Journal Title

      Neuron

      Volume: 101 Pages: 60-75

    • DOI

      10.1016/j.neuron.2018.11.017

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Physical expression of inner emotion: a role for orexin neurons.2019

    • Author(s)
      Tomoyuki Kuwaki
    • Organizer
      International Conference in Cognitive Neuroscience and Brain Diseases.
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ストレス防衛反応の神経機構2019

    • Author(s)
      桑木共之
    • Organizer
      産業医科大学招待講演
    • Invited
  • [Presentation] 遺伝子改変マウスを用いた呼吸調節研究2019

    • Author(s)
      桑木共之
    • Organizer
      第27回バイオフィジオロジー研究会
    • Invited
  • [Presentation] 心臓の光ぺーシング技術の開発ー身体反応が情動へ与える影響の解析に向けてー2019

    • Author(s)
      上之薗知邑、神戸悠輝、桑木共之、山下哲
    • Organizer
      第14回環境生理プレコングレス
  • [Presentation] Contribution of medullary raphe serotonergic neurons in the stress induced autonomic responses.2019

    • Author(s)
      Yoko Ikoma, Ikue Kusumoto, Akihiro Yamanaka, Youichirou Ootsuka, Tomoyuki Kuwaki
    • Organizer
      9th Congress of Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Descending orexinergic inhibition contributes to the linalool odorinduced analgesia in mice2019

    • Author(s)
      Yurina Higa, Mitutaka Sugimura, Tomoyuki Kuwaki, Hideki Kashiwadani
    • Organizer
      9th Congress of Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of activated cortical area caused by food restriction in mice2019

    • Author(s)
      Jihao Ma, Sakurako Yanase, Lisa Udagawa, Tomoyuki Kuwaki, Ikue Kusumoto-Yoshida
    • Organizer
      9th Congress of Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Optogenetic cardiac pacing in freely-moving mice2019

    • Author(s)
      Jun Kaminosono, Yuki Kambe, Tomoyuki Kuwaki, Akira Yamashita
    • Organizer
      9th Congress of Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Acute nociceptive stimuli induce the activity of serotonin and noradrenalin neurons in awake mice2019

    • Author(s)
      Akira Yamashita, Shunpei Moriya, Ryusei Nishi, Yoko Ikoma, Akihiro Yamanaka, Tomoyuki Kuwaki
    • Organizer
      9th Congress of Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ストレス防衛反応に対する視床下部オレキシン神経の役割解明のための2chファイバーフォトメトリーシステムの開発2018

    • Author(s)
      山下哲、守谷俊平、西龍星、上之薗知邑、山中章弘、桑木共之
    • Organizer
      第11回 鹿児島神経科学研究会
  • [Presentation] 光操作による心臓ペーシング技術の開発2018

    • Author(s)
      上之薗知邑、神戸悠輝、加治屋勝子、山中章弘、桑木共之、山下哲
    • Organizer
      第11回 鹿児島神経科学研究会
  • [Presentation] 吻側延髄縫線核セロトニン神経はストレス誘発性頻脈と頻呼吸の発現に必要である2018

    • Author(s)
      生駒葉子、楠本郁恵, 山中章弘, 大塚曜一郎 , 桑木 共之
    • Organizer
      第11回 鹿児島神経科学研究会
  • [Presentation] Stress-induced tachypnea and tachycardia are mediated by serotonergic neurons in the rostral medullary raphe.2018

    • Author(s)
      Yoko Ikoma, Ikue Kusumoto, Akihiro Yamanaka, Youichirou Ootsuka, Tomoyuki Kuwaki
    • Organizer
      光操作研究会
  • [Presentation] 心筋の光操作による無線ぺーシング技術の開発2018

    • Author(s)
      上之薗知邑、神戸悠輝、加治屋勝子、山中章弘、桑木共之、山下哲
    • Organizer
      第17回九州脳・高血圧・循環制御研究会
  • [Presentation] Acute noxious stimuli rapidly increase the activity of ventral tegmental area dopamine neurons in awake mice.2018

    • Author(s)
      Akira Yamashita, Shunpei Moriya, Shigetaka Kawashima, Ryusei Nishi, Akihiro Yamanaka, and Tomoyuki Kuwaki
    • Organizer
      第41回日本神経科学学会
  • [Presentation] Orexin neuron serves as a pivotal link between vigilance state regulation and autonomic functions.2018

    • Author(s)
      Tomoyuki Kuwaki
    • Organizer
      Invited Lecture at Xuzhou Medical School
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Orexin receptor blockade preserves the ability to awake in response to aversive stimuli.2018

    • Author(s)
      Shouhei Iwakawa, Yuichi Kanmura, Tomoyuki Kuwaki
    • Organizer
      American Society for Anesthesiologists Annual Meeting 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Linalool Exposure Showed Anxiolyticlike Effects in Mice2018

    • Author(s)
      Hiroki Harada, Yuichi Kanmura, Tomoyuki Kuwaki, Hideki Kashiwadani
    • Organizer
      American Society for Anesthesiologists Annual Meeting 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fiberphotometric recording of “orexin” neuron activity around cataplexy attack.2018

    • Author(s)
      Jingyang SU, Shi ZHOU, Akira YAMASHITA, Liying HAO, Tomoyuki KUWAKI
    • Organizer
      第46回自律神経生理研究会
  • [Book] Annual Review神経20192019

    • Author(s)
      桑木共之
    • Total Pages
      327
    • Publisher
      中外医学社
    • ISBN
      978-4-498-32830-3
  • [Remarks] 統合分子生理学

    • URL

      http://www.kufm.kagoshima-u.ac.jp/~physiol1/

URL: 

Published: 2019-12-27  

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