2019 Fiscal Year Research-status Report
Essential role of the infra-slow oscillation for the brain function
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19K22464
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大城 朝一 東北大学, 医学系研究科, 助教 (40311568)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | infra-slow oscillation / ヒスタミン / ドーパミン / default-mode network / 血管運動 / vasomotion |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳波に含まれる超低周波成分（infra-slow oscillation）の起源を明らかにするために分子生物学的解析を行った。これまでの薬理学的スクリーニングからヒスタミンを脳に直接投与するとinfra-slow oscillationが停止する事がわかっていた。この観察を基にして3つのヒスタミン受容体（Hrh1, Hrh2, Hrh3）を欠損するノックアウトマウスを入手しinfra-slow oscillationを調べた。予想外にもinfra-slow oscillationに異常は観察されなかった。さらにヒスタミン合成酵素（histidine decarboxylase）遺伝子を欠損するノックアウトマウスも入手し解析を行ったが同様にinfra-slow oscillationに異常は観察されなかった。ところがHrh1, Hrh2, Hrh3ヒスタミン受容体のノックアウトマウスでもヒスタミンを脳に直接投与するとinfra-slow oscillationが停止する事が明らかとなり、これら既知の受容体以外のヒスタミン受容体がinfra-slow oscillationの生成に関与している事が示唆された。さらにヒスタミン合成酵素ノックアウトマウスの脳を詳しく調べてみると僅かながらヒスタミンが検出されることが抗体免疫染色法により明らかとなった。これらの結果は、未知のヒスタミン伝達経路を介してinfra-slow oscillationが生成されている可能性を示唆する。
ヒスタミン合成酵素遺伝子ノックアウトマウスを解析している過程で、これまで知られていなかった脳形態の異常が見られることも見出した。この動物では脳幹が肥大し、中脳に存在すべき黒質細胞が間脳のレベルまで広がって存在していた。この観察結果は、ヒスタミンは脳の発生過程においても重要な役割を果たしていることを示唆する。
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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
概要にも述べたように、従来知られていないヒスタミン信号伝達経路がinfra-slow oscullationに関与している可能性が示唆されたため、更なる薬理学的スクリーニングを始めている。そこで新たにヒスタミンと同じ芳香族モノアミンであるドーパミンもinfra-slow oscillationに関わっていることが明らかになった。ドーパミン合成酵素（dopa decarboxylase）はヒスタミン合成酵素と近縁であり、ヒスタミン神経でも共発現していることを抗体免疫染色法により確認した。これら二つのモノアミンはredundantに機能している可能性が出てきた。現在、ドーパミン合成酵素阻害剤、ドーパミン受容体（D1,D2）拮抗薬、作動薬の脳室投与実験を行い、infra-slow oscillationに影響が現れるかどうか解析を行っている。
非定型のヒスタミン受容体としてGABA-A受容体beta3が知られている。この受容体はドーパミンによってもチャネルが開くことが報告されている。この受容体のノックアウトマウスを海外の研究機関から入手し、infra-slow oscillationに異常が現れないか現在確認しているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の最大の目標であるinfra-slow oscillationの介入操作を行うために、光感受性チャネル遺伝子（Channel rhodopsin, Halorhodopsin）及び改変アセチルコリン受容体（DREADD）が発現しているマウスをストックセンターから取り寄せ、交配によってヒスタミン神経系にこれらタンパク質を強制発現させる系統を作成中である。令和2年度前半に交配は完了し、この方法で介入操作が効率よく行えるかどうか見当をつける。
ドーパミン経路に関しては、ドーパミンの生成が不全となる動物においてinfra-slow oscillationに異常が見られるか確認する実験を新たに開始したい。しかしながらドーパミン合成酵素遺伝子の完全欠損マウスでは胚性致死であるため生体での検証が不可能である。そこでCre-loxPシステムを用いた条件付き遺伝子破壊法によってドーパミン合成酵素遺伝子の発現を部分的に停止させる方法を取る。flox化されたドーパミン合成酵素遺伝子を持つ組み換えマウスは国内、海外のストックセンターに存在しないため、その作成から始める。現在、組み換えマウス作成を代行する業者を選定しているところである。
ヒスタミン経路のノックアウト動物で脳構造に異常が見られる点については、高解像度Ｘ線CT法またはMRIによって脳の3次元立体構造を基にした形態構造解析を行い、さらに追及していく。Ｘ線CT撮影に関しては大型放射光施設(SPring-8 兵庫県)に共同研究のコンタクトをすでに取っている。
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| Causes of Carryover |
令和元年度に購入予定であったトランスジェニックマウス類の一部はまだ入手できていない。残りのトランスジェニックマウス（2系統：140万円）は次年度中に購入する。
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Research Products
(1 results)
