2019 Fiscal Year Research-status Report
呼吸リズム形成に関わる延髄アストロサイトの周期性自発活動機構の解明
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17K08559
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| Research Institution | National Hospital Organization Murayama Medical Center |
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Principal Investigator |
岡田 泰昌 独立行政法人国立病院機構村山医療センター(臨床研究部), 電気生理学研究室, 客員研究員 (80160688)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 呼吸リズム / グリア細胞 / アストロサイト / ニューロン / 呼吸調節 / 呼吸中枢 / カルシウムイメージング / 低酸素換気応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳による自律的な呼吸リズムの形成は生命維持のために必須である。呼吸リズム形成の機序については、これまで多くの研究がなされてきたが、その実態は解明されていない。本研究では、in vitro環境下でも脳幹部ネットワーク機構が温存されている標本の呼吸リズム形成機構におけるアストロサイトの役割を解明することを目的とした。
平成３１年度には引き続き、新生ラットより作成した摘出脳幹脊髄標本にカルシウムイメージング法を応用し、細胞活動計測を行った。計測は、頚髄前根より呼吸神経出力をモニターしつつ行った。その結果、延髄で呼吸リズムが形成されている部位であるpreBotC領域において、呼吸リズムと同期した活動を呈するニューロンおよびアストロサイトを見出した。そして、TTX存在下では、ニューロン活動は消失するが、アストロサイトの活動は維持されることが確認され、アストロサイトの活動はニューロン活動に依存しない自律性のものであることが示された。本研究により、摘出脳幹脊髄標本というネットワーク機構が高度に温存された標本においても、延髄アストロサイトはニューロンと協調しつつ呼吸リズム形成に密接に関与しているものと考えられた。
さらに、生体が低酸素状態になると生体は酸素化状況を改善するため呼吸を増強させる。すなわち、低酸素は呼吸について増強性に作用するが、低酸素状況がさらに強くなると脳機能が障害され、脳内呼吸神経機構の働きが減弱する。平成31年度には標本を低酸素に曝露させた際のアストロサイトサイトの挙動をカルシウムイメージング法により詳細に解析した。その結果、延髄呼吸中枢のアストロサイトは低酸素感受性（低酸素興奮性）を有し、低酸素呼吸応答において重要な働きをしていることが明らかとなった。
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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
平成３１年度に予定していた。薬理実験については、概ね順調にデータを得つつあるが、より十分なデータを得るにはより多くの実験がが必要であり、1年間の実験期間延長を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
呼吸性アストロサイトの周期性自発活動が、呼吸リズム形成に関わる詳細なメカニズムを明らかにする。そのため、令和２年度には期間を延長して以下の実験を行う。
(1) アストロサイト活動の薬理学的抑制・刺激に伴う吸息性ニューロン活動の変化： arundic acid以外のアストロサイト活動を抑える薬剤（fluoroacetate, aminoadipic acid, L-methionine sulfoximineなど）、アストロサイトのカルシウムオシレーションを抑えると予想されるIP3受容体阻害剤（2-APBなど）、およびアストロサイト活動を刺激する薬剤（t-ACPD）を投与した際の吸息性ニューロン活動および呼吸神経出力の変化を解析する。これら実験によって、吸息性神経出力形成におけるアストロサイトの機能的役割を明らかにする。
(2) グリオトランスミッターの受容体抑制に伴う吸息性ニューロン活動の変化： 呼吸性アストロサイトからグリオトランスミッターとして周期的に分泌され、吸息性ニューロンを興奮させている可能性のあるグルタミン酸、ATPについて、それらの受容体拮抗薬（CNQX, D-AP5, MK-801, PPADSなど）を投与した際の呼吸神経出力、および吸息性ニューロン活動を、前吸息性アストロサイト活動とあわせて、カルシウムイメージング法により解析する。
(3) 実験結果の総合的評価に基づく呼吸リズム形成理論の確立： 上記の解析結果を総合的に検討し、preBotCにおける呼吸リズム形成機構について、呼吸性アストロサイトの周期的自発活動の発生機序、それが呼吸性ニューロンと同期する機序の解明を、呼吸性アストロサイトから放出されるグリオトランスミッターの同定とともに行なう。これにより、preBotCにおいてグリア細胞が関与した呼吸リズム形成の詳細な機序を解明する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由としては、様々な物品費や各種学会へ参加のための旅費などについて、研究代表者の工夫により支出を抑ええたからである。また、令和元年3月には新型コロナウイルス感染症により、予定していた各種学会の開催が中止されたことも関係している。
次年度使用額は、有効に使用し、本研究をさらに発展させていく予定である。
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