2019 Fiscal Year Research-status Report
嗅覚本能回路における嗅皮質‐視床下部外側野回路の機能的役割の解明
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19K06963
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
眞部 寛之 同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (80511386)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村田 航志 福井大学, 学術研究院医学系部門, 助教 (10631913)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 嗅覚 / 視床下部 / 電気生理 / 嗅皮質 / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の嗅覚研究により、天敵の匂いに対する恐怖反応や同種の匂いに対する社会的反応といった、嗅覚本能行動に特異的に働く神経回路が明らかになってきた。しかし、本能行動として重要な、嗅覚にもとづく摂食行動の神経回路は依然として明らかでない。特に、嗅皮質からの出力が、本能行動の制御中枢へいたる経路は、匂い情報を行動出力に繋げる最重要部分であるにもかかわらず全くわかっていない。
最近我々は、マウスを用い、視床下部外側野に直接軸索投射する抑制性ニューロン群を、これまで解剖学的区分のなかった嗅皮質内の亜領域で発見した（ventral olfactory nucleus、VON）。視床下部外側野は、摂食行動や睡眠・覚醒行動を担う回路が存在しており、VONニューロンがこれらの回路にどのような働きをするのかを調べ、嗅覚入力を本能行動に変換する回路機構を明らかにするのが本研究の目的である。
当該年度は、まず、これまで行ってきたVONの解剖学的性質を明らかにする研究成果を国際誌に報告した。VONの解剖学的同定と、VONニューロンが抑制性の投射ニューロンであり、嗅球の投射ニューロンの入力を直接受けること、視床下部外側野のニューロンへ投射していることを明らかにした。VONニューロンの機能を明らかにするために、光遺伝学的手法を導入し、VONニューロンに効率的に興奮性光感受性イオンチャネル（チャネルロドプシン、ChR2）を発現させる手法を確立した。さらに、光操作によって、摂食または睡眠・覚醒行動への影響を評価するために、新たにマウス行動評価系を構築した。今後、光操作によってどのように行動が変容するかを確かめること、VONニューロンの発火特性などを調べることで、VONニューロンの出力が、本能行動回路にどのような影響を与えるか調べる。
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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
これまで明らかにしたVONニューロンの解剖学的特定を国際誌に発表した。VONニューロンにChR2を発現させるため、逆行性に感染し、感染細胞にChR2を発現させる遺伝子組み換えアデノ随伴ウイルスを視床下部外側野に投与した。投与部位や投与量、発現するまでの時間等を検討し、VONニューロンに効率的にChR2を発現させることができるようになった。VONニューロンを刺激するための光ファイバーの設置方法、設置位置等を検討した。また、VONニューロンの光操作による行動変化を評価するための行動系を確立した。自由行動下で、摂食、睡眠させる方法に加え、頭部固定下条件でこれらを評価する系を開発した。マウスを頭部固定条件下に置き、目の前のポートを３回舌でリックすると砂糖水がもらえる行動を学習させた。マウスは摂食意欲の高い行動開始時は積極的にリックするが、だんだんリックの数が減っていき、やがてリックをやめる行動を示した。この系では、摂食持続時間（摂食意欲）、摂食量（飲水量）などがモニターできる。また、行動と同時に皮質脳波や筋電図をモニターすることで、マウスの覚醒・睡眠状態をモニターできるようにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
確立した自由行動下、頭部固定下の行動タスクを用いて、タスク中のマウスVONニューロンを光刺激することで、摂食行動や覚醒・睡眠にどのような影響が出るかを検証する。また、ChR2の代わりに抑制性チャンネルであるアーキロドプシンを発現させて同様の実験を行う。これらの実験を通じて、VONニューロンが視床下部外側野を制御することで本能行動を制御しているかどうかを明らかにする。また、回路作動様式を明らかにするために、行動中のVONニューロンの神経活動を記録し、VONニューロンの活動の増加や減少がどの行動変化に対応して起こるのかを明らかにする。ここでは、通常のin vivo記録に加え、光遺伝学と電気生理学を組み合わせたタギング法を用いることで、視床下部外側野に投射するVONニューロンをin vivoで同定しながらその応答特性を明らかにする。また、VONニューロンが、視床下部外側野のどのニューロンとシナプスを作っているのか、遺伝子改変狂犬病ウイルスを用いて明らかにする。
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| Causes of Carryover |
本年度に、抑制性チャンネルのArchの実験系を導入する計画であったが、当該年度は興奮性チャンネルのChR2の発現の条件検討を行いArchの導入までは至らなかったため、翌年度に購入する計画である。また、解剖学的解析も準備を進めているが、その準備のための予算として当該予算を使用しなかったため、系が確立次第、翌年度にまとめて使用予定である。
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