2018 Fiscal Year Research-status Report
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17K17868
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中村 徹 大阪大学, 生命機能研究科, 招聘研究員 (50771135)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 運動 / 大脳基底核 / アセチルコリン / 光遺伝学 / チャネルロドプシン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、運動制御に関与する中脳-大脳基底核・線条体のドーパミン（DA）シグナル経路の機構解明を目指している。研究代表者らが開発・運用してきた行動実験装置「ステップホイール装置」は、給水制限したマウスに水を与えて走らせる報酬系運動課題である。マウスは飲水するためにモーターで回転するホイール内の足場の動きに四肢の動きを合わせて走る必要がある。我々はステップホイール課題中のマウス線条体背外側部で、足の動きに依存した神経活動を見出している。そこで神経活動を操作した時の運動への影響を調べた。アデノ随伴ウィルス（AAV）投与を介して神経細胞にチャネルロドプシン2（ChR2）を発現させ、脳内留置した光ファイバーで光刺激を与えることでChR2発現細胞を発火させることが出来る。まず、Synプロモータを用いて神経細胞種非選択的にChR2を発現させたマウス（非選択的ChR2マウス）を用いて、ステップホイール課題中に光刺激を与えると、走る事は出来たがその足取りに乱れが生じた。次に、ChR2を発現させる細胞を線状体介在神経細胞の一つ、アセチルコリン（ACh）陽性細胞に限定した。AChはDAと相互作用し、運動制御などの脳機能に関与することが報告されている。ACh陽性細胞にCreを発現するChat-creマウスにDIO-ChR2-AAVを投与し、ACh陽性細胞選択的にChR2を発現させたマウス（Chat-ChR2マウス）を用いた。Chat-ChR2マウスのステップホイール課題中に光刺激を与えてその影響を解析すると、非選択的ChR2マウスとは異なって足取りに影響は見られなかった。以上のことから、線条体神経細胞活動を外因性に操作すると足取りが乱れるが、そこにACh陽性介在神経細胞の関与は少ない事がわかり、運動制御機構の一端が明らかとなった。
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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
本年度、光遺伝学手技により神経細胞を活性化させた時のステップホイール課題遂行への影響を調べるために光遺伝学的手技を習得した。標的とする脳領域へのウィルス投与や光ファイバーの留置、ステップホイール課題時のデータ解析方法を模索し、結果として前述の「研究実績の概要」記載の通り、非選択的ChR2マウスとChat-ChR2マウスの知見を得るに至った。この点に関しては大きな前進を感じている。
他方、「報酬(モチベーション)と運動成績の関係性を定量化する行動実験系の確立」に関しては、ステップホイール装置の給水量・タイミングを制御し、報酬の変化による運動パフォーマンスへの影響を定量化出来る系の確立を模索しているが、給水制御が予想以上に難しく、またマウスの行動もばらつきが大きくて、思うような結果が得られず停滞している状況にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
光遺伝学をより発展させ、ACh陽性細胞以外の神経細胞選択的にChR2を発現させ、その神経活動操作時のステップホイール課題への影響を調べる。線条体投射神経細胞である直接路（D1R）、間接路神経細胞（D2R）、そして線条体へ入力する中脳ドーパミン神経細胞（DAT）、これらの神経細胞種選択的にcreを発現するcreマウスにDIO-ChR2-AAVを投与することで活性操作をする。また、光遺伝学と電気生理学的神経活動記録を同時に行う手技を確立したいと考えている。現時点で、光遺伝学（ウィルス投与と光ファイバー留置）、電気生理学（神経活動記録用電極の脳内留置）はそれぞれ単独では成功しているが、これらを組み合わせるためには、マウス頭部に取り付けるヘッドステージを改良する必要があり、現在も進めている状況である。標的神経細胞を操作した時の運動への影響と同時に線条体神経活動への影響を調べることで、それらの機能・関係性の解明に迫りたいと考えている。これと並行して、単独での電気生理学的神経活動記録もすすめ、データ数を集めてその成果を論文としてまとめていきたい。
報酬(モチベーション)と運動成績の関係性を定量化する行動実験系については、報酬および運動条件の検討を行って、データの再現性や妥当性を検証し、引き続き系の確立を目指す。
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| Causes of Carryover |
当初の実験計画から研究内容に関しては大きな変更はないが、取り組む順番に変更が生じたため。進捗状況次第ではあるが、計画とほぼ変わらない内容で次年度に使用する予定である。
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Research Products
(4 results)
