2017 Fiscal Year Research-status Report
多機能計測と細胞機能操作による視交叉上核の光同調メカニズムの解明
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17K08561
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
榎木 亮介 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (00528341)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
織田 善晃 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 助教 (20735542)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 概日リズム / カルシウム / 神経回路 / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
哺乳類の概日リズムの中枢は脳の視交叉上核に存在し、網膜より直接の神経投射を受け、外界の光環境情報を統合し、最終的に睡眠/覚醒などの24時間の生理機能を制御する。概日リズム中枢は[自律振動]と[光同調]の機能を持つ事が必須条件として知られる。これ迄の申請者の光計測により、時計遺伝子発現/細胞内カルシウム/膜電位の概日リズムを可視化することで、神経回路レベルでの[自律振動]の仕組みを解明してきた。しかし生理機能を外界環境に同調させる [光同調]の仕組みの多くは不明である。本研究課題では、光受容タンパク質を用いて細胞内機能を時空間的に自在に制御し、培養組織上で光入力を再現し、光計測により神経活動や概日リズム変動を捉え、視交叉上核の神経回路での光同調の仕組みを解明することを目的に研究を行っている。
生後5日齢の仔マウスより視交叉上核スライス切片を作成し、培養後7日後にアデノ随伴ウイルス溶液をスライス上に添加し、遺伝子コード型カルシウムプローブおよび光受容タンパク質を感染発現させた。十分量のタンパク質の発現が見られる感染後10－14日後より、ニポウディスク共焦点と高感度CCDカメラからなるタイムラプスシステムにて光計測を試みた。特にCre-LoxP細胞特異的遺伝子組み換え法を用いて、視交叉上核の神経回路の網膜投射領域に光受容タンパク質を感染発現させることを試み、細胞種限定的な発現が可能であること、また光照射により細胞内カルシウム濃度の制御が可能であることを確認した。
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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
アデノ随伴ウイルスによる光受容タンパク質の発現法を確立し、視交叉上核の神経回路の網膜投射領域に光受容タンパク質を発現させた。また光照射により細胞内カルシウム濃度の制御が可能であることを確認した。初年度の主たる目的を達成することが出来た為、概ね順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
細胞内カルシウムの光イメージング計測により、網膜投射部位であるVIP細胞に光受容タンンパク質を発現させ、光照射によりカルシウム変化を捉え、他の領域の細胞への波及効果を観察する。特にVIP細胞は、視交叉上核神経回路内ではアルギニンバソプレッシン産生細胞[AVP細胞]に軸索投射を伸ばし、さらに視交叉上核の領域外[室傍核、傍室傍核]へと神経投射して、睡眠覚醒や体温調節などの中枢領域へと情報が伝搬すると考えられている。特に、視交叉上核神経回路内での情報伝搬の様子を詳細に捉えることを試みる。
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| Causes of Carryover |
経費節約により生じた未使用額は、研究を加速する為の動物購入経費、飼育経費、論文出版に関する費用に支出する。
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