2016 Fiscal Year Research-status Report
高速カルシウム計測による視交叉上核神経回路の機能的構造解析
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16K16645
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
織田 善晃 北海道大学, 医学研究科, 博士研究員 (20735542)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 概日リズム / 蛍光イメージング / カルシウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
哺乳類の概日時計中枢である脳視床下部の視交叉上核は全身に約24時間周期のリズムを発振し、動物が24時間周期で変動する地球環境に順応できるように身体の様々な生理機能を調節している。この視交叉上核は約2万個の神経細胞で構成されており、従来の研究では個々の神経細胞の細胞内カルシウムイオン(Ca)濃度が約24時間周期で変動すること（概日Caリズム）が報告されている。一方で、一般的に神経細胞では細胞内のCa濃度が電気活動に伴ってミリ秒から秒単位の速い時間経過で変動することが知られている。このことから、速い時間経過をもつCa活動の頻度や大きさが24時間の中で変動することにより概日Caリズムを形成している可能性がある。しかしながら従来の概日Caリズム研究は長露光時間を用いた蛍光イメージング計測により行われてきたため速いCa活動を検知できておらず、概日Caリズムと速いCa活動との関係は分かっていなかった。そこで本研究では概日Caリズムの形成機構を解明するため、培養視交叉上核スライスにおいて従来研究同様の長露光時間の蛍光イメージングと同時に短露光時間・高頻度の高速Caイメージングを行った。培養視交叉上核スライス上にアデノ随伴ウイルス液を滴下し遺伝子コード型の蛍光Caプローブを感染発現させ、Caプローブの蛍光輝度を計測することで細胞内Ca濃度変化を観察した。これにより視交叉上核神経細胞の概日Caリズムと速いCa活動を長期間にわたって一細胞解像度で同時に計測することに成功した。
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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
遺伝子コード型の蛍光カルシウムプローブを培養視交叉上核スライスの神経細胞に発現させ、従来研究同様の長露光時間の蛍光イメージングを毎時1回行う長期タイムラプス計測に加え、短露光時間・短サンプリング間隔の蛍光動画撮影を毎時1回行うことで、同一組織の概日Caリズムと速いCa活動を単一細胞体解像度で72時間以上計測することに成功した。研究計画の根幹である長期高速カルシウムイメージングを繰り返し再現することができ、本研究は概ね順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
視交叉上核の主に腹外側部に位置するVIP神経細胞と背内側部に位置するAVP神経細胞はそれぞれ異なる位相の概日Caリズムを示すことが知られている。そこで今後は、これらの神経細胞の速いCa活動を細胞種ごとに分離して計測し、視交叉上核神経ネットワークにおける各細胞種の機能を検討する。また、H28年度では１細胞体解像度での長期計測を行ったが、今後は神経細胞のより小構造である神経線維における速いCa活動の計測に挑戦し、視交叉上核神経細胞のネットワーク活動が概日リズム形成にどのように寄与しているかを明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
H28年度では当初計画よりも早い段階で研究を安定して遂行できる見通しがついたため、消耗品費を節約することができた
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初計画よりも前倒してH29年度に論文投稿を計画しているため、このために計上する。
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