2020 Fiscal Year Annual Research Report
なぜ概日リズム中枢はGABA作動性神経細胞から構成されるのか？
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20H03425
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| Research Institution | Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
榎木 亮介 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 准教授 (00528341)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江川 潔 北海道大学, 医学研究院, 助教 (40450829)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 概日リズム / GABA / 光イメージング / クロライド / カルシウム / 神経回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、哺乳類の概日時計中枢である視床下部の視交叉上核が何故GABA作動性神経細胞で構成されるのかを、光イメージング技術を駆使して解明することを目指している。本年度は特に、神経細胞のGABA応答性（脱分極-過分極）を決定するクロライドイオンに着目して研究を行った。アデノ随伴ウイルスを用いて遺伝子コード型クロライドを視交叉上核の神経細胞に感染発現させ、視交叉上核におけるプローブの発現パターンと機能動作の確認を行ったところ、プローブは視交叉上核の全領域において発現しており、その蛍光輝度は細胞内クロライド濃度の操作に伴い予測通りに変化することを確認した。蛍光-クロライド濃度の検量カーブを作成して細胞内クロライド濃度を計算し、パッチクランプ計測により報告されている従来のクロライド濃度とほぼ一致した。さらに長期蛍光イメージング顕微鏡システムにより数日間のタイムラプス計測を行ったところ、クロライドイオン濃度の24時間のリズムを細胞ネットワークレベルで観察した。リズム解析プログラムによりリズムの振幅、最低値、位相などを解析したところ、神経細胞ネットワークにおける特徴的な部位差とリズム位相パターンがあることを見いだした。またクロライドイオンとカルシウムイオンの同時イメージング計測を行い、既知のカルシウムリズムと比較することで"概日クロライドリズム"の位相を決定した。
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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
細胞内クロライド濃度の変動を光イメージングにより計測する実験法を確立し、"概日クロライドリズム"を細胞ネットワークレベルで計測することに成功した。クロライドイオンはGABAによる神経細胞の応答性を決定する主因子であることから、概日時計中枢神経回路のリズム発振メカニズムの解明に繋がる重要な結果と考える。2019年夏に研究代表者榎木は北海道大学から生理学研究所/生命創成探究センターに移籍し、2020年度は研究室引っ越しと顕微鏡システムの再立ち上げに多くの時間と労力を費やしたものの、現在では安定した光イメージングデータ取得を可能とした。また共同研究では視交叉上核のGABA出力に関する論文も発表されたことも勘案して、本研究は順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
クロライドイオン濃度を制御する主因子であるイオン輸送体（NKCC1, KCC2）の阻害薬により、概日クロライドリズムの発生機序を解析する。さらに交換輸送体を制御する上流の因子を探索することを目指し、様々な阻害薬を投与してその細胞内シグナルを同定する。
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