2018 Fiscal Year Annual Research Report
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18J21663
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
伊澤 俊太郎 名古屋大学, 医学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 神経科学 / マウス / 睡眠 / 記憶 / 視床下部 / メラニン凝集ホルモン産生神経(MCH神経) / 海馬 / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者は、脳視床下部のメラニン凝集ホルモン産生神経(MCH神経)が記憶の抑制・消去に働くことを、マウスを用いた記憶行動実験から新規に発見した。MCH神経は睡眠中に活発に活動し、特にレム睡眠の制御に働くと考えられている。そこで本課題では、不必要な記憶の忘却がMCH神経によってレム睡眠中にもたらされる可能性を検証する。
記憶を獲得し、一定時間保持し、必要に応じて想起する、という記憶のプロセス（獲得・保持・早期）のいずれにMCH神経が作用するかは、本研究課題における大きな疑問の一つであった。
本年度はこの疑問を解決するために、光遺伝学によるタイミング特異的なMCH神経活動操作をそれぞれのプロセスにおいて行った。結果、記憶保持期間中のMCH神経活性化が記憶消去・抑制をもたらすことを明らかにした。記憶保持期間は一定時間の睡眠を含むことから、睡眠中のMCH神経活動が記憶制御に働く可能性が予想される。今後は記憶保持期間中の睡眠時間、特にレム睡眠に焦点を絞りMCH神経活動の制御と記憶への影響を検証する。
さらに本年度の研究は、MCH神経による記憶制御に関わる脳部位として海馬の重要性を特定した。光遺伝学を前述のMCH神経細胞体だけではなく海馬軸索末端にも適応し、記憶への影響を検証した。結果、MCH神経海馬軸索刺激においても記憶保持期間中の活性化が記憶消去・抑制をもたらした。海馬は文脈的な記憶、空間記憶の制御に重要であることから、MCH神経の記憶制御もそれら海馬依存的な記憶に影響することが考えられる。
以上のように、本年度は当初の予定であるプロセスの特定に加え、海馬の関与についても明らかにすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
無線型オプトジェネティクスとマウス記憶行動試験を組み合わせることで、当初計画していた記憶プロセスの特定に加え、海馬の関与という神経回路も明らかにすることができた。
MCH神経が関与する記憶プロセスを特定するために、マウスの行動を制限することなく脳内にLED光を照射できる無線型オプトジェネティクス装置、teleopto(バイオリサーチセンター)を使用し、記憶行動実験中の異なるプロセスにおいてMCH神経活動を操作した。MCH神経が光受容体を発現する遺伝子改変マウス(MCH-tTA; tetO ChR2ダブルトランスジェニックマウス)の脳視床下部にLEDファイバーを埋入し、記憶の獲得・保持・想起、それぞれの段階でリモコンによるLED光オン・オフを行い記憶成績の変化を検証した。結果、記憶の保持期間中のMCH神経活性化が記憶成績を低下させた。獲得、想起期間におけるMCH神経活性化は記憶成績に影響を及ぼさなかった。本結果より、MCH神経は記憶保持期間中に記憶消去・抑制をもたらすことが明らかとなった。
マウス記憶行動試験には新規物体認知試験、文脈的恐怖条件付け試験を用いた。これらの記憶は海馬とよばれる脳部位が関与すると考えられている。また、MCH-tTA; tetO ChR2ダブルトランスジェニックマウスは神経細胞体だけではなく軸索にも光受容体を発現し、海馬においても密なMCH神経軸索が観察されることを確認した。そこでLEDファイバーを当該マウスの海馬直上に埋入しMCH神経軸索末端を活性化したところ、前述の細胞体活性化と同様、記憶保持期間中の活性化が記憶消去・抑制をもたらすことを特定した。本結果より、MCH神経の海馬への軸索投射が記憶消去・忘却をもたらすことが明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
記憶「保持」期間中のMCH神経活動が記憶消去・抑制をもたらすことを踏まえ、保持期間の中でも睡眠時間、特にレム睡眠に焦点を絞った記憶への影響を検証する。具体的には、即時に睡眠状態を判定できる脳波収録プログラムと光遺伝学を組み合わせることで、レム睡眠時特異的なMCH神経活動が睡眠中の記憶消去をもたらすことを明らかにする。
MCH神経のみが光受容体(ArchT)を発現するマウスの脳視床下部にLEDファイバーを埋入する。同時に、脳波・筋電を所得するための電極・銅線を留置手術する。記憶保持期間中のマウス睡眠状態を脳波・筋電モニタリング結果から即時に特定し、レム睡眠時にのみ光照射をトリガーする。本システムによるレム睡眠時特異的なMCH神経活動の操作と覚醒中やノンレム睡眠中の光照射での記憶成績変化を比較することで、MCH神経が記憶の消去・抑制をもたらす睡眠ステージを特定する。
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