化学遺伝学的手法を用いたサル小脳投射経路の経路特異的機能の解明

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K07859
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: 石田 裕昭 公益財団法人東京都医学総合研究所, 認知症・高次脳機能研究分野, 主任研究員 (70728162)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 化学遺伝学 / 小脳視床路 / 小脳損傷 / PETイメージング / マカクザル / 運動障害 / 遺伝子導入 / AAV

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、化学遺伝学的手法の一つであるDREADD法(Designer Receptor Exclusively Activated by Designer Drug)をマカクザルの小脳遠心路系に用い、経路選択的な神経操作技術を確立することである。
小脳遠心路の一つである小脳視床路を選択的に遮断する目的で、抑制性DREADDをサル小脳核へ発現させた後、視床へ人工リガンド（酸化クロザピン；CNO）を局所注入した。CNO注入から90－150分後の到達運動の遂行時間を注入前の遂行と比較した結果、サル到達運動が緩慢になる結果を得た。当モデル動物を灌流し、免疫組織染色法を用いて小脳核および視床におけるDREADD発現を調べた結果、期待していた明瞭な注入部位が確認できず、上述の行動変化をDREADD操作による因果関係によって説明できるまでには至らなかった。この結果から、当初計画していた脳画像から得た座標を用いて実施する精密注入法と動物を生かしたままDREADD発現を確認するPET法の導入を早急に行うことが必要と判断した。新たに用意した2頭のサルに対し、まずCT/MRIを撮像し、続いて取得した脳画像の座標に基づいてDREADDを小脳核へ注入した。その後、それぞれのサルにおいて、PET法を用いて小脳核およびその投射先の視床においてDREADD発現が確認できた。今後、これらの作出したモデル動物を用いて、小脳視床路が上肢運動制御に果たす機能的役割を明らかにする。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新たに２頭のマカクザルに対し抑制性DREADDの注入実験を実施した。神経活動を記録しながら小脳核の座標を推定する従来の電気生理学的マッピング法ではなく、初めにサル頭部のCT/MRIを撮像し、取得した脳座標に基づいて小脳核を同定し、注入実験を実施した。注入から45－60日後、DREADD発現を確認するために、それぞれのサルにおいてPET画像を撮像した。その結果、2頭のサルにおいて、小脳核においてDREADD発現を確認した。さらに小脳核の投射先である視床においてもDREADD発現を確認した。小脳核および投射先の両方に抑制性DREADDが発現した霊長類モデル動物を作出できた。

Strategy for Future Research Activity

これらのモデル動物に対して到達把持運動を遂行させ、行動および上肢遠位・近位部の 筋活動を正常時と抑制性DREADD作用時（神経経路遮断時）において対比する。これにより上肢運動の制御に対する小脳視床路の機能を課題の成功率と筋活動の違いから明らかにする。

Causes of Carryover

実験に使用する人工リガンドの使用量が予想よりも少なかったため。
次年度使用額分は、免疫染色のための抗体、試薬の購入等に充てる計画である。