• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2019 Fiscal Year Annual Research Report

Role of SRF in memory consolidation during REM sleep

Research Project

Project/Area Number 19F19310
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

坂口 昌徳  筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 准教授 (60407088)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) SRINIVASAN SAKTHIVEL  筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2019-11-08 – 2022-03-31
Keywords記憶 / レム睡眠 / 新生ニューロン / シナプス可塑性
Outline of Annual Research Achievements

レム睡眠中の記憶の固定化メカニズムの大部分は不明である。最近になり、光遺伝学を使うことで中隔核という脳の場所の特定の神経細胞の活動を、レム睡眠中の期間だけに抑制すると、記憶の固定化が阻害されることが示された。この細胞群は、レム睡眠中に海馬の神経同期活動を制御することが示され、その記憶固定化との関連が予想された。実際、海馬の神経同期活動はそのシナプス可塑性に重要な役割を果たすことが知られている。しかし、レム睡眠中のシナプス可塑性と、記憶固定化との機能的因果関係は照明されていない。
一方、成人の脳では通常失われたニューロンは再生しない。 しかし海馬の歯状回という脳内のごく一部の組織では、非常に少ないものの一定数のニューロンが毎日再生されている。 これを新生ニューロンと呼ぶ。 新生ニューロンは、学習、忘却、など記憶に重要な機能を持つことが知られている。一方で記憶は睡眠に強い影響をうける。 我々は最近、新生ニューロンのレム睡眠中の発火が、記憶の固定化に必須の役割を果たすことを突き止めた。その際に、新生ニューロン上のシナプスの構造が変化しており、その記憶の固定化に関連が見いだされた。また、次世代シークエンサーを用いた遺伝子解析により、 シナプス可塑性に重要な転写因子であるSerum Response Factor が、前記の新生ニューロンを介したレム睡眠中の記憶固定化に重要な役割を果たすことを示唆するデータを得た。そこで本研究では、 新生ニューロンのシナプス可塑性に注目し、その睡眠中の記憶固定化における意義を明らかにする。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

レム睡眠中に記憶の固定化に関与する神経活動は謎な部分が多い。我々はレム睡眠中の、 記憶固定化に伴って睡眠中に記憶回路が成熟していく過程をイメージングによって可視化することを試みた。実際にはCa-imagingを用いて、 学習から記憶固定化、そして想起に至るまでに、睡眠中を含めた活性化した新生ニューロンを詳細に分析した。このために新生ニューロンの活動を数時間にわたって連続記録し、同じ細胞を追跡し続ける技術の開発に成功した。新生ニューロンの睡眠中に神経活動を捉えたのはこれが最初の研究となった。本方法をさらに応用し、記憶学習課題と組み合わせた検討を行った。我々は、驚くべきことに学習後に新生ニューロンの活動がレム睡眠中に一旦低下することを突き止めた。しかし一方で、ごく僅かに残った新生ニューロンの活動は、実は学習中に活動したそれが再活性化していることを突き止めた。これはすなわち、新生ニューロンがレム睡眠中の記憶の再活性化に寄与していることを示唆している。レム睡眠中の記憶の再活性化は世界でもそれをはっきりと観察した例は非常に少ない。また、睡眠中に変動する海馬歯状回の分子についてさらに詳細な解析を進め、シナプス可塑性に関与する様々な分子の変動が記録された。

Strategy for Future Research Activity

最近になって、 成体マウスの海馬で新生するニューロンが、 睡眠中の記憶固定化に必要であることを見出した (Neuron 107:1-14、 2020)。 その際、 シナプス構造解析やトランスクリプトーム解析の結果から、新生ニューロンのシナプス可塑性がレム睡眠中の記憶の固定化に重要であることが示唆された。 これまで、 睡眠中の記憶固定化におけるシナプス可塑性の意義は解明されていない。 そこで今後本研究では、 我々が独自に開発した超小型内視鏡と光遺伝学を組み合わせ、 睡眠中にシナプス可塑性の操作し、 その記憶固定化への意義を検証する。 2019年度の研究から、AAVによる遺伝子改変技術が確立し、カルシウム蛍光センターが効率よく海馬歯状回に感染する系を立ち上げた。さらにそれ超小型蛍光顕微鏡を組み合わせた撮影技術も確立した。また観察だけでなく、神経活動を操作する技術についても確立した(BBRC 517:520-524、 2019)。そこで本研究をさらにすすめ、新生ニューロンのシナプス可塑性と記憶固定化における意義を明らかにしていく。シナプス可塑性の睡眠中の記憶固定化における機能は明らかに出ない。本研究を進めることで、それが睡眠時の、 脳の自律的は記憶処理の根幹をなす原理を明らかにできる可能性が高い。 その破綻は記憶障害やPTSDなどの病態に関与する。 そこで本研究により、 記憶固定化におけるシナプス可塑性の意義を明らかにし、 その破綻に基づく新しい記憶障害の病態分類や治療法の開発に貢献する。

  • Research Products

    (15 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 6 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Int'l Joint Research] Nathan Klein Institute/Columbia University(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Nathan Klein Institute/Columbia University
  • [Int'l Joint Research] Edinburgh University(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      Edinburgh University
  • [Journal Article] Sparse activity of hippocampal adult-born neurons during REM sleep is necessary for memory consolidation2020

    • Author(s)
      Kumar D, Koyanagi I, Carrier-Ruiz A, Vergara P, Srinivasan S, Sugaya Y, Kasuya M, Yu TS, Vogt K, Muratani M, Ohnishi T, Singh S, Teixeira CM, Cherasse Y, Naoi T, Wang Y, Nondhalee P, Osman BAH, Kaneko N, Sawamoto K, Kernie SG, Sakurai T, McHugh TJ, Kano M, Yanagisawa M, Sakaguchi M
    • Journal Title

      Neuron

      Volume: 107 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1016/j.neuron.2020.05.008

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Miniaturized microscope with flexible light source input for neuronal imaging and manipulation in freely behaving animals2019

    • Author(s)
      Srinivasan Sakthivel、Hosokawa Takuma、Vergara Pablo、Cherasse Yoan、Naoi Toshie、Sakurai Takeshi、Sakaguchi Masanori
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 517 Pages: 520~524

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2019.07.082

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Memory consolidation during sleep and adult hippocampal neurogenesis2019

    • Author(s)
      Sakaguchi Masanori、Koyanagi Iyo、Akers Katherine、Vergara Pablo、Srinivasan Sakthivel、Sakurai Takeshi
    • Journal Title

      Neural Regeneration Research

      Volume: 14 Pages: 20~20

    • DOI

      10.4103/1673-5374.243695

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fear memory regulation by adult-born neurons during REM sleep2020

    • Author(s)
      Masanori Sakaguchi
    • Organizer
      The 63rd Annual Meeting of the Japanese Society for Neurochemistry
    • Invited
  • [Presentation] Application of the adult-born neurons for PTSD2020

    • Author(s)
      Masanori Sakaguchi
    • Organizer
      The 12th Symposium of Japanese Society for Anxiety and Related Disorders
    • Invited
  • [Presentation] Necessity of adult-born neurons for memory consolidation during REM sleep2019

    • Author(s)
      Masanori Sakaguchi
    • Organizer
      Toyama Forum for Academic Summit on "Dynamic Brain"
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] The mechanism of fear memory consolidation during sleep using animal model2019

    • Author(s)
      Masanori Sakaguchi
    • Organizer
      The 49th Japanese Society of Neurophsychopharmacology
    • Invited
  • [Presentation] Function of adult-born neurons in maturation of fear memory engram during sleep2019

    • Author(s)
      Masanori Sakaguchi
    • Organizer
      The 10th IBRO World congress of Neuroscience
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] The fear memory processing during sleep for a new therapy of PTSD2019

    • Author(s)
      Masanori Sakaguchi
    • Organizer
      The 18th Japanese Traumatic Stress Conference
    • Invited
  • [Remarks] Sakaguchi Lab HP

    • URL

      https://sakaguchi-lab.org/

  • [Remarks] UCLA miniscoep 制作記事

    • URL

      http://sakaguchi-miniscope.blogspot.com/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 小型撮像装置2019

    • Inventor(s)
      手塚太郎, 細川拓馬, 坂口昌徳
    • Industrial Property Rights Holder
      筑波大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-137229
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 判定装置,光照射装置,及びプログラム2019

    • Inventor(s)
      手塚太郎, 坂口昌徳
    • Industrial Property Rights Holder
      筑波大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-14596

URL: 

Published: 2021-01-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi