Mechanisms of rhythm fluctuation in the respiratory center

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K06917
• Research Institution: Hyogo Medical University
• Principal Investigator: 越久 仁敬 兵庫医科大学, 医学部, 教授 (20252512)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ニューロン‐グリア相互作 / 呼吸中枢 / 呼吸リズム / カルシウムイメージング / ネットワークシミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、アストロサイトと呼吸ニューロンの相互作用が呼吸の揺らぎを生み出しているという仮説を検証することである。アストロサイトと呼吸ニューロンの相互作用を考慮したニューロンネットワークのシミュレーションでは、相互作用が全くない時には、それぞれの呼吸ニューロンは規則正しく活性化され、呼吸リズムの揺らぎは起こらなかったのに対して、相互作用がある場合には、相互作用の強さに応じて、呼吸リズムの揺らぎが生じた。次に、シミュレーション結果の妥当性を検証するために動物実験を行った。まず、グリア細胞特異的タンパク質GFAPのプロモーターによってカルシウム感受性蛍光タンパク質 CASE12の発現が制御されるトランスジェニックマウスを用い、呼吸性バースト活動を示す脳スライス標本（breathing slice標本）を作製、吸息リズム形成のカーネルであるpreBotzinger complexにおけるアストロサイトのカルシウム活動を共焦点スキャナイメージングシステムを用いて観測した。その結果、低K+人工脳脊髄液に対するアストロサイトの応答は観測された。しかし、グリア細胞のグルタミン酸トランスポーター阻害薬TFB-TBOAによって代謝型グルタミン酸受容体の活性化を介してアストロサイトのカルシウム活動を増加させても、以前にドイツGottingen大学との共同研究で、アストロサイトに特異的に発現するグルタミン酸トランスポーターGLASTのプロモーターによってカルシウム感受性蛍光タンパク質GCaMP3の発現が制御されるトランスジェニックマウスのbreathing slice標本において観測されたようなアストロサイトの応答は観測されなかった。現在、その原因について解明を行っている。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

研究実績の概要に記述したように、期待されたアストロサイトのカルシウム応答が見られないこと、また、スライサーや温度制御装置の故障などがあり、計画より遅れている。

Strategy for Future Research Activity

１．期待されたアストロサイトのカルシウム応答が見られない原因を究明する。
２．ニューロンネットワークモデルに手を加えて、さらに精緻なシミュレーションを行う。