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2018 Fiscal Year Research-status Report

ショウジョウバエとマウスで共通するNMDA受容体による睡眠制御機構の解明

Research Project

Project/Area Number 17K08571
Research InstitutionNagoya City University

Principal Investigator

冨田 淳  名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 講師 (40432231)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords睡眠 / 覚醒 / ショウジョウバエ / 中心複合体 / アセチルコリン / ドーパミン / NMDA受容体
Outline of Annual Research Achievements

ショウジョウバエの睡眠-覚醒を制御する中心複合体PB (protocerebral bridge) の神経回路について引き続き解析した。これまでの研究で、覚醒を促進するPB-FB-NOニューロン (PBから中心複合体の他の部位であるFBとNOに投射するニューロン) と、睡眠を促進するPB介在ニューロンを同定した。
本年度はまず、これら2つのニューロンを活性化したハエの行動をビデオ観察し、赤外線を用いたDrosophila Activity Monitoring Systemで睡眠測定した場合と同様の結果が得られることを確認した。
睡眠-覚醒制御に関わるPB-FB-NOニューロンとPB介在ニューロンは、どちらもコリン作動性ニューロンであることが示唆されていたが、これら2つのニューロンで小胞アセチルコリントランスポーター (VAChT) をノックダウンすると、睡眠量に有意な変化がみられた。
昨年度の研究で、T1ドーパミンニューロンはD2受容体シグナルを介してPB介在ニューロンを抑制することで、覚醒を促進することが示唆された。そこで、PB介在ニューロンにCa2+センサーGCaMP6sを発現させたハエの摘出脳を用いて、PB介在ニューロンがドーパミンに反応するかどうかを調べた。ドーパミン投与によって、予想通りGCaMPシグナルの減少がみられたが、逆に一過的に増加する場合もあった。この反応性の違いについては、原因を調査中である。
PBにはグルタミン酸作動性ニューロンも存在する。PB介在ニューロンでハエの睡眠-覚醒制御に関わるNMDA受容体やカルシニューリンをノックダウンしたところ、睡眠量は、カルシニューリンノックダウンでは有意に減少し、NMDA受容体ノックダウンでは減少傾向がみられ、PB介在ニューロンがグルタミン酸シグナルによっても調節され、睡眠-覚醒を制御する可能性が示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的は、ショウジョウバエとマウスで共通するNMDA型グルタミン酸受容体による睡眠-覚醒制御機構の解明である。睡眠-覚醒制御の分子機構を解明するためには、それに関わる神経回路の同定が重要である。
本年度に行った研究により、睡眠-覚醒を制御する中心複合体PBの神経回路を構成するニューロンのうち、睡眠を促進するPB介在ニューロンが、ドーパミンシグナルに反応することをCa2+イメージング法により示すことができた。PBにはグルタミン酸作動性ニューロンが存在する。NMDA受容体の下流に位置し、ショウジョウバエの睡眠-覚醒制御に関わるカルシニューリンをPB介在ニューロンでノックダウンすると、睡眠量が有意に減少した。このことから、PB介在ニューロンがドーパミンシグナルだけでなくグルタミン酸シグナルによっても調節され、睡眠-覚醒を制御する可能性が示された。
以上の結果が得られたことから、研究の達成度については、おおむね順調に進展していると評価した。

Strategy for Future Research Activity

覚醒を促進するPB-FB-NOニューロンと睡眠を促進するPB介在ニューロンの機能的なつながりを、Ca2+イメージング法により調べる。この実験に用いるショウジョウバエ系統を現在準備中である。
経シナプス的にニューロン間の接続を標識できる技術trans-Tango (Talay et al., 2017) を利用し、PB介在ニューロンに投射するニューロンを網羅的に探索する。標識されたニューロンについて、抗VGlut抗体による免疫染色を行い、PB介在ニューロンに入力するグルタミン酸作動性ニューロンの同定を試みる。
T1ドーパミンニューロンは、闘争の制御に関わることが報告されている (Alekseyenko et al., 2013)。そこで、睡眠-覚醒を制御するPB神経回路が闘争の制御にも関わるのかどうかについても調べる。

Causes of Carryover

本年度は、ショウジョウバエ系統の購入がなかったため、物品費が予定よりも少なく、次年度使用額が生じた。
次年度使用額については、ショウジョウバエ系統の購入、トランスジェニックハエの作製、分子生物学試薬類の購入に使用する予定である。

  • Research Products

    (6 results)

All 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] The clock components Period2, Cryptochrome1a, and Cryptochrome2a function in establishing light-dependent behavioral rhythms and/or total activity levels in zebrafish.2019

    • Author(s)
      Hirayama J, Alifu Y, Hamabe R, Yamaguchi S, Tomita J, Maruyama Y, Asaoka Y, Nakahama KI, Tamaru T, Takamatsu K, Takamatsu N, Hattori A, Nishina S, Azuma N, Kawahara A, Kume K, Nishina H.
    • Journal Title

      Sci. Rep.

      Volume: 9 Pages: 196

    • DOI

      10.1038/s41598-018-37879-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Time from Semiosis: E-series Time for Living Systems.2018

    • Author(s)
      Nomura N, Muranaka T, Tomita J, Matsuno K.
    • Journal Title

      Biosemiotics

      Volume: 11 Pages: 65-83

    • DOI

      10.1007/s12304-018-9316-0

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Identification of sleep-regulating central complex neurons in Drosophila melanogaster2018

    • Author(s)
      Jun Tomita, Gosuke Ban, Kazuhiko Kume
    • Organizer
      第41回日本神経科学大会
  • [Presentation] Identification of sleep-regulating central complex neurons in Drosophila melanogaster2018

    • Author(s)
      Jun Tomita, Gosuke Ban, Yoshiaki Kato, Kazuhiko Kume
    • Organizer
      The 17th European Drosophila Neurobiology Conference - Neurofly 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ショウジョウバエの睡眠-覚醒を制御する中心複合体の神経回路2018

    • Author(s)
      冨田 淳、坂 豪祐、加藤 善章、粂 和彦
    • Organizer
      第25回日本時間生物学会学術大会
  • [Presentation] ショウジョウバエの睡眠覚醒を制御する中心複合体の神経回路2018

    • Author(s)
      冨田 淳、坂 豪祐、加藤 善章、粂 和彦
    • Organizer
      第63回日本応用動物昆虫学会大会
    • Invited

URL: 

Published: 2019-12-27  

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