2016 Fiscal Year Research-status Report
線条体のシグナル分子が制御する大脳基底核の神経活動と運動機能の解明
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16K01968
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
佐野 裕美 生理学研究所, システム脳科学研究領域, 助教 (00363755)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 大脳基底核 / 随意運動 / シグナル伝達 / 神経活動 / ウイルスベクター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
線条体は大脳基底核の入力核の一つであり、ドパミン作動性ニューロンやグルタミン酸作動性ニューロンが入力し、随意運動の制御に重要な役割を果たしている。線条体にはこれらの神経伝達物質受容体が発現しているが、受容体の下流にあるシグナル伝達分子が大脳基底核の神経活動にどのように影響を与え、運動をどのように制御しているのかは明らかになっていない。
まずは線条体－黒質投射ニューロンに注目し、ドパミンあるいはグルタミン酸の刺激により活性化するprotein kinaseA(PKA)あるいはmitogen-activated protekin kinase(MAPK)が神経活動や運動制御に与える影響を解析するため、ウイルスベクターを用いて線条体－黒質投射ニューロン特異的にprotein kinaseA(PKA)あるいはMAPK/ERKキナーゼ(MEK)のdominat active(DA)を発現させることを試みた。マウスの線条体に2種類のアデノ随伴ウイルスベクターを注入し、二重感染を利用したCre-loxPシステムを用いて線条体－黒質投射ニューロンにPKAあるいはMEKのDAを遺伝子導入した。組織化学的解析により、線条体－黒質投射ニューロン特異的にPKAあるいはMEKのDAが発現していることを確認した。
次に線条体－黒質投射ニューロンの神経活動を記録するため、覚醒下でマウスをステレオ装置に保定し、線条体および線条体－黒質投射ニューロンの投射先である黒質網様部からの細胞外記録を試みた。その結果、線条体および黒質網様部の自発発火に影響は無かった。そこで、大脳皮質運動野に電気刺激を与えたときの応答を黒質網様部で記録した。野生型マウスでは「早い興奮－抑制－遅い興奮」という一過性の三相性の応答が認められることが知られているが、PKAのDAを発現させたマウスでは、抑制の持続が長くなる傾向が認められた。
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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
当初の研究計画では平成28年度は、2種類のアデノ随伴ウイルスベクターによる二重感染を利用したCre-loxPシステムを用いて、線条体の投射ニューロン特異的にPKAやMEKのDAあるいはdominant negative(DN)を発現させることと、これらのマウスを使って覚醒下で大脳基底核の神経活動を記録することを予定していた。
実際には、線条体－黒質投射ニューロンと線条体－淡蒼球外節投射ニューロンと呼ばれる2種類の線条体投射ニューロンのうち、線条体－黒質投射ニューロンにおいてPKAあるいはMEKのDAを特異的に発現させることが出来た。さらに、これらのマウスを覚醒下でステレオ装置に保定して神経活動を記録した。自発発射だけでなく、大脳皮質運動野から大脳基底核への入力を模倣するように、大脳皮質運動野を電気刺激したときの応答も大脳基底核から記録した。
以上のように当初の計画通りに実験を進めることが出来たため、順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画に従い、平成29年度は引き続き電気生理学的解析を行い、より多くの神経細胞から神経活動を記録する予定である。線条体－黒質投射ニューロンの投射先である黒質網様部や淡蒼球内節は比較的小さい神経核であるため、使用するマウス個体数を平成28年度よりも増やして、より多くの神経細胞から神経活動を記録することを計画している。マウスの飼育スペースやウイルスベクターの供給には何も問題が無いため、平成28年度より多くのマウスを使用することが可能であると考えられる。
一方で、研究協力者や連携研究者とも上手く協力や連携が出来ており、今後も継続して協力や連携をお願いする予定である。
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| Causes of Carryover |
神経活動や筋電図を記録するための増幅器を2チャンネル、購入する予定であった。しかし、平成28年度は実験計画と進捗状況から考えて1チャンネルがあれば十分であったため、次年度以降にもう1チャンネル購入することにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
神経活動や筋電図を記録するための増幅器を1チャンネル、購入する予定である。
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[Journal Article] Dysfunction of ventrolateral striatal dopamine receptor type 2-expressing medium spiny neurons impairs instrumental motivation.2017
Author(s)
Tsutsui-Kimura I, Takiue H, Yoshida K, Xu M, Yano R, Ohta H, Nishida H, Bouchekioua Y, Okano H, Uchigashima M, Watanabe M, Takata N, Drew MR, Sano H, Mimura M, Tanaka KF.
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Journal Title
Nat Commun.
Volume: 8
Pages: 14304
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Characterization of novel dystonia musculorum mutant mice: Implications for central nervous system abnormality.2016
Author(s)
Horie M, Mekada K, Sano H, Kikkawa Y, Chiken S, Someya T, Saito K, Hossain MI, Nameta M, Abe K, Sakimura K, Ono K, Nambu A, Yoshiki A, Takebayashi H.
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Journal Title
Neurobiol Dis.
Volume: 96
Pages: 271-283
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 運動異常症モデルげっ歯類・霊長類が示す運動症状2016
Author(s)
佐野裕美, 知見聡美, 長谷川拓, 堀江正男, 竹林浩秀, 吉木淳, 長谷川一子, Pullanipally Shashidharan, 南部篤
Organizer
第31回日本大脳基底核研究会
Place of Presentation
秋田温泉さとみ（秋田県秋田市）
Year and Date
2016-07-23 – 2016-07-24
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