うつ病病態発現神経回路の解明とケタミン抗うつ作用機序の検討

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K09341
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 二階堂 義和 弘前大学, 医学研究科, 講師 (50613478)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 廣田 和美 弘前大学, 医学研究科, 教授 (20238413) ; 櫛方 哲也 弘前大学, 医学研究科, 准教授 (80250603)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: うつ病 / ケタミンン / In Vivo Ca2+イメージング / オプトジェネティクス / セル・アセンブリ

Outline of Annual Research Achievements

うつ病の病態発現にはミクロな遺伝子発現や細胞形態の異常、マクロな脳領域間ネットワークの変容が関与すると考えられる。しかし、その中間であるメゾスコピックな神経細胞間ネットワークの関与については分かっていない。そこで、本研究は神経細胞の機能的集団であるセル・アセンブリに着目し、うつ病の病態発現を制御する可能性がある内側前頭前野の異常神経活動をうつ病モデル動物を用いて解明することを目指している。さらに、近年抗うつ作用が報告された静脈麻酔薬ケタミンが内側前頭前野の神経活動に対してどのような作用を持ち、抗うつ作用効果を発揮するのか明らかにすることも目指す。
昨年度、C57BL/6Jマウスに対して繰り返し社会的敗北ストレスを負荷した場合、うつ病様行動の発現したマウスでは前頭前野神経細胞の早期応答遺伝子タンパク質Arc陽性数が減少することを見出しており、ストレス負荷によってArc発現神経細胞が傷害を受けると示唆された。そこで、本年度はArc-CreERT2マウスを用いて、前頭前野にAAV-DIO-GCaMP6sを局所微量投与し、Arc陽性神経細胞の神経活動をGCaMP6sのカルシウム依存的蛍光強度変化を指標に解析することを目指した。GRINレンズを前頭前野に埋め込み、微小顕微鏡によってIn vivo Ca2+イメージングを行ったところ、Arc陽性神経細胞群の活動変化を確認できた。現在、うつ病モデルArc-CreERT2マウスを用いてストレス負荷中およびうつ病様行動発現中のArc陽性神経細胞の挙動を解明を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は前頭前野神経細胞のカルシウムイメージングを進めることができた。昨年度より続く弘前大学医学部附属動物実験施設の改修工事のために、うつ病モデル化については十分に進まなかったが、自発的カルシウム応答やケタミン応答性を確認でき、計画全体としてはおおむね順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

「計画①」はほぼ達成でき、確認実験を進める。「計画②」Arc-CreERT2マウスをうつ病モデル化し、GCaMP6sを発現したArc発現前頭前野神経細胞のCa2+イメージングを進め、ストレス負荷中のArc発現前頭前野神経細胞の挙動を明らかにする。「計画③」光感受性タンパク質(ChR2/NpHR)をArc発現神経細胞に発現させ、光刺激によってうつ病様行動が発現するか調べる。「計画④」ケタミン抗うつ作用の前頭前野セル・アセンブリ仮説を検証する。社会的敗北ストレスまたはケタミン投与にタグ付したArc発現神経細胞の活動をCa2+イメージング及び組織学的に解析する。ケタミンがArc発現神経細胞からなるセル・アセンブリを回復させるのか新たに形成するのかを解明する。

Causes of Carryover

改修工事に合わせ、実験個体数を絞ったため、免疫組織化学染色に要する支出が抑制された。本年度にサンプル採取及び免疫組織化学的解析を進める。