2020 Fiscal Year Annual Research Report
Light entrainment mechanism in the suprachiasmatic nucleus by muti-functional optical imaging and cell function manipulation
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17K08561
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| Research Institution | Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
榎木 亮介 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 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織田 善晃 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 助教 (20735542) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 概日リズム / カルシウム / イメージング / 視交叉上核 / 生物時計 / 時計遺伝子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
哺乳類の概日リズムの中枢は、脳深部の視床下部に存在する視交叉上核に存在し、外界環境から光情報を受けリズムを調整し、全身にリズム情報を発振して、睡眠/覚醒、体温、ホルモン分泌などの24時間の生理機能を制御している。視交叉上核は、外部入力がなくとも安定したリズムを自ら刻む「自律振動能」と、光環境に同調する「光同調能」の機能を持つ事が必須条件とされている。これ迄の代表者を含む長期光イメージング計測の研究により、視交叉上核における時計遺伝子発現、細胞内カルシウムや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概日リズムの自律振動の仕組みを解明してきた。一方で、光同調の仕組みの多くは未だ不明であったことから、本研究課題では特に光による計測と操作により神経機能を操作することで、概日リズムの変化を捉えて同調メカニズムを解明することを目標に研究を行った。実験では、培養視交叉上核スライスの主たる光受容領域にあるVIP細胞群に新規光受容タンパク質を発現させ、光により細胞機能を操作することを試みた。また並行してマウス生体内での解析を可能とするため、脳深部からの長期計測法の確立を行った。成獣マウスの脳深部局所へのアデノ随伴ウイルスの感染による遺伝子コード型タンパク質の発現法を確立し、光ファイバーおよび小型顕微鏡による光計測、および赤外線センサーおよび腹部埋め込みセンサーによるマウス自発行動の測定系を確立した。一連の研究により、培養スライスから生体動物における概日リズムの振動メカニズムと同調メカニズムを評価する実験系を確立した。
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