2019 Fiscal Year Research-status Report
脳内免疫細胞の力学知覚による神経回路制御機構の探索
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18K14825
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
堀内 浩 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 特任助教 (60760733)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ミクログリア / カルシウムイメージング / 神経活動 / ATP |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、①ミクログリアのシナプス接触認識機構の一端に力学知覚が関わる可能性、②シナプスの硬度に依存したメカノトランスダクションによる神経回路修飾基盤の可能性を生体2光子イメージングによって探索する。すなわち、ミクログリアは、その動的な性質から多様な細胞との接触を繰り返しており、化学的シグナルのみならず、機械的シグナルを受け取っていることが予想されるが、どのような分子メカニズムを介しているのかあるいは神経回路の可塑的な性質においてどのような役割をもっているのか明らかでない。 今年度は、機械受容チャネルがCa透過性イオンチャネルであることに着目し、tet-off システムによってミクログリア特異的にCa感受性蛍光タンパク質GCaMP6を発現するIba1-tTA::tetO-GCaMP6マウスを用い、その活動様式を生体２光子イメージングによって観察した。その結果、活動変化が突起上を拡散する様子や突起の先端において局所的に変化していることを捉えた。すなわち、これまでのミクログリアの形態観察の知見と一致して、突起状での機能的な活動が高いことが明らかとなった。今後、機械受容チャネルの機能阻害や遺伝子欠損マウスを組み合わせ、ミクログリアの力学知覚のメカニズムを明らかにする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は、ミクログリア特異的にカルシウム感受性蛍光タンパク質を発現するIba1-GCaMP6マウスを用いて、覚醒下においてミクログリアがどのような活動様式を示すのかを調べた。大変興味深いことに、ミクログリアのCa2+活動は突起上を拡散するように変化していた。さらに、その変化率 (ΔF/F) は細胞体と比較して突起において高く、突起の末端ほど高いことが明らかになった。一方で、発火頻度は突起の場所に関わらず一定であった。これまでにミクログリアの突起の形態や動態は神経活動によって変化することが示されている。そこで、薬理学的手法によって、神経活動を抑制したところ、ミクログリアのCa2+活動が抑制された。また、これまでにミクログリアの突起の動態にはATPが大きく寄与することが知られている。ATP受容体阻害薬を投与したところ、同様にCa活動が抑制された。本年度はミクログリアのカルシウム活動を明らかにできた一方で、当初の予定であった機械受容チャネルの機能を明らかにできていない。機械受容チャネルはCa2+透過性イオンチャネルであるため、これらのツールや知見を組み合わせて、引き続きミクログリアがどのような力学知覚を持つのかを明らかにする。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、ミクログリア特異的な機械受容チャネル欠損マウス、薬理学的手法による力学知覚の機能抑制とミクログリアのCaイメージングを組み合わせ、生体２光子イメージングによって、ミクログリアが力学知覚を欠失した場合に、どのような動的あるいは活動的な変容を示すのかを示す。生体において力学的な刺激を加えることが難しい場合には、上記の遺伝子改変マウス由来の脳スライス標本あるいは分散培養系においてそれを施し、物理刺激や化学物質に対する遊走機能あるいは活動性を捉えることで、ミクログリアにおける機械受容体の機能解明を行う。
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| Causes of Carryover |
本研究課題遂行中に開発したIba1-tTA::tetO-GCaMP6マウスの２光子イメージングによって、はじめて覚醒下でのミクログリアの活動パターンを捉えることに成功した。薬理学的手法によってその作動原理を明らかにできつつある。同マウスは力学知覚を定量するために、本課題に不可欠であるだけでなく、生物学としてのインパクトを持っている。そこで、次年度もさらなる精査を行い、この成果を先に論文にしたい。一方で、研究計画にあった機械受容チャネルの機能解明のための実験および解析が未達成であり、次年度使用額が生じた。次年度使用額は論文化に向けた解析ツールや追加実験、機械受容チャネルの機能解明のための消耗品等に使用する予定である。
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