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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Neural regulatory mechanism of memory formation and erasure during sleep

Research Project

Project/Area Number 18KK0223
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

山中 章弘  名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (60323292)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山下 貴之  名古屋大学, 環境医学研究所, 客員教授 (40466321)
山下 哲  鹿児島大学, 医歯学域医学系, 助教 (40740197)
Project Period (FY) 2018-10-09 – 2022-03-31
Keywordsメラニン凝集ホルモン / 視床下部 / カルシウムイメージング / 光遺伝学 / 活動記録 / GCaMP6 / 遺伝子改変動物 / アデノ随伴ウイルス
Outline of Annual Research Achievements

メラニン凝集ホルモン(MCH)神経の生理的役割解明のために、光で神経活動を操作可能にする光遺伝学を適用可能な遺伝子改変マウスを独自に作出した。このマウスを用いて、MCH神経を光で活性化させたところ、レム睡眠時間が約3倍に増加することを見いだした。MCH神経を時期特異的に脱落可能な遺伝子改変マウスを作成し、睡眠覚醒調節への影響を解析した。しかし、これらのマウスでは期待されたレム睡眠時間の減少は認められなかった。このことは、MCH神経は、レム睡眠の開始などには必須ではなく、レム睡眠時に別の生理機能を担っている可能性を示唆していた。組織化学的解析からMCH神経が記憶に重要な海馬に密に投射していることを見いだしたため、レム睡眠時の記憶制御に関わっている可能性が考えられた。そこで、新奇物体認識試験や、水迷路を用いてMCH神経脱落マウスの認識記憶や空間学習記憶を評価したところ、MCH神経脱落マウスの記憶と保持が対照群マウスと比べていずれの試験においても有意に向上していることを見いだした。脱落とは逆に光遺伝学や、薬理遺伝学を用いてMCH神経を活性化すると、記憶が抑制・消失された。このことは、MCH神経活動が記憶抑制・消去に働いていることを示している。そこで、MCH神経の活動についてSRIの共同研究者であるKilduff博士と超小型内視鏡を用いて記録し、解析したところ、MCH神経には覚醒時に活動するタイプ、レム睡眠時に活動するタイプ、覚醒時とレム睡眠時の両方で活動する3タイプが認められた。光遺伝学を用いて、脳状態依存的なMCH神経活動の抑制を行ったところ、レム睡眠時に抑制した時だけに記憶が向上した。これらの結果はレム睡眠時に活動するMCH神経が記憶消去に関わっていることを示している(Izawa et al., Science 2019)。

  • Research Products

    (19 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 9 results)

  • [Int'l Joint Research] SRI International(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      SRI International
  • [Journal Article] Involvement of A5/A7 noradrenergic neurons and B2 serotonergic neurons in nociceptive processing: a fiber photometry study.2022

    • Author(s)
      Moriya S, Yamashita A, Masukawa D, Sakaguchi J, Ikoma Y, Sameshima Y, Kambe Y, Yamanaka A, *Kuwaki T.
    • Journal Title

      Neural Regen Res

      Volume: 17(4) Pages: 881-886

    • DOI

      10.4103/1673-5374.322465.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Melanin-concentrating hormone-producing neurons in the hypothalamus regulate brown adipose tissue and thus contribute to energy expenditure.2022

    • Author(s)
      *Izawa S, Yoneshiro T, Kondoh K, Nakagiri S, Okamatsu-Ogura Y, Terao A, Minokoshi Y, Yamanaka A, Kimura K.
    • Journal Title

      J Physiol

      Volume: 600(4) Pages: 815-827

    • DOI

      10.1113/JP281241

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Development of Sleep/Wake Disruption and Cataplexy as Hypocretin/Orexin Neurons Degenerate in Male vs. Female Orexin/tTA; TetO-DTA Mice.2022

    • Author(s)
      Sun Y, Tisdale R, Park S, Ma SC, Heu J, Haire M, Allocca G, Yamanaka A, Morairty SR, *Kilduff TS.
    • Journal Title

      Sleep

      Volume: 19 Pages: zsac039.

    • DOI

      10.1093/sleep/zsac039.

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Conditional Knockout of Bmal1 in Corticotropin-Releasing Factor Neurons Does Not Alter Sleep-Wake Rhythm in Mice.2022

    • Author(s)
      Hung CJ, Yamanaka A, *Ono D.
    • Journal Title

      Front Neurosci

      Volume: 15 Pages: 808754

    • DOI

      10.3389/fnins.2021.808754. eCollection 2021.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Activity of putative orexin neurons during cataplexy.2022

    • Author(s)
      Zhou S, Yamashita A, Su J, Zhang Y, Wang W, Hao L, Yamanaka A, *Kuwaki T.
    • Journal Title

      Mol Brain

      Volume: 15(1) Pages: 21

    • DOI

      10.1186/s13041-022-00907-w.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Remote control of neural function by X-ray-induced scintillation.2021

    • Author(s)
      Matsubara T, Yanagida T, Kawaguchi N, Nakano T, Yoshimoto J, Sezaki M, Takizawa H, Tsunoda SP, Horigane SI, Ueda S, Takemoto-Kimura S, Kandori H, Yamanaka A, *Yamashita T.
    • Journal Title

      Nat Commun

      Volume: 12(1) Pages: 4478

    • DOI

      10.1038/s41467-021-24717-1.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Aversive emotion rapidly activates orexin neurons and increases heart rate in freely moving mice.2021

    • Author(s)
      Yamashita A, Moriya S, Nishi R, Kaminosono J, Yamanaka A, *Kuwaki T.
    • Journal Title

      Mol Brain

      Volume: 14(1) Pages: 104

    • DOI

      10.1186/s13041-021-00818-2.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Disruption of model-based decision making by silencing of serotonin neurons in the dorsal raphe nucleus.2021

    • Author(s)
      *Ohmura Y, Iwami K, Chowdhury S, Sasamori H, Sugiura C, Bouchekioua Y, Nishitani, Yamanaka A, Yoshioka M.
    • Journal Title

      Curr Biol

      Volume: 31(11) Pages: 2446-2454

    • DOI

      10.1016/j.cub.2021.03.048.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hypocretin/Orexin Interactions with Norepinephrine Contribute to the Opiate Withdrawal Syndrome.2021

    • Author(s)
      McGregor R, Wu MF, Holmes B, Lam HA, Maidment NT, Gera J, Yamanaka A, *Siegel JM.
    • Journal Title

      J Neurosci

      Volume: 42(2) Pages: 255-263

    • DOI

      10.1523/JNEUROSCI.1557-21.2021

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Regulation of non-REM and REM sleep by the hypothalamic neurons.2022

    • Author(s)
      Yamanaka A.
    • Organizer
      World Sleep
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 光による神経活動の操作と記録を用いた睡眠覚醒調節機構の解明.2022

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      2021年度 キャンパスライフ健康支援センター研究推進FD
    • Invited
  • [Presentation] 神経活動の操作と記録によるナルコレプシー症状発現メカニズムの解明.2022

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      Rising Neurologist Club 2022
    • Invited
  • [Presentation] 光を用いた視床下部神経活動の記録と操作によって解明する睡眠覚醒調節メカニズム.2022

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      日本薬学会第142年会
    • Invited
  • [Presentation] Identification of neural pathway which converts circadian rhythm to sleep/wakefulness.2021

    • Author(s)
      Yamanaka A.
    • Organizer
      2020 Oriental International Sleep Medicine Summit Forum
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 視床下部の特定神経細胞の運命操作、活動操作を用いた睡眠覚醒調節機構の解明.2021

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第68回日本実験動物学会総会 学術集会委員会シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] オレキシン神経活動によるレム睡眠と脱力発作の調節.2021

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      2021年度生理学研究所研究会 運動・行動から紐解く脳神経回路発達メカニズムの異分野融合研究による解明
    • Invited
  • [Presentation] 神経活動操作を用いた睡眠覚醒と記憶の制御機構の解明.2021

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第145回日本薬理学会関東部会
    • Invited
  • [Presentation] 睡眠覚醒調節におけるオレキシンの役割について.2021

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第49回日本頭痛学会総会
    • Invited

URL: 

Published: 2022-12-28  

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