2022 Fiscal Year Annual Research Report

脳脊髄液を探知する神経回路の機能の解明

Research Project

Project/Area Number	20K21460
Research Institution	Niigata University
Principal Investigator	上野将紀新潟大学, 脳研究所, 教授 (40435631)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	倉部美起新潟大学, 医歯学系, 助教 (30635579)
Project Period (FY)	2020-07-30 – 2023-03-31
Keywords	脳脊髄液 / 神経細胞 / 脊髄
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、脊髄中心管周囲に配列し、脳脊髄液に接する未知の細胞である脳脊髄液接触ニューロンのもつ細胞構造や神経回路網、機能の解明を目指し研究を行った。本細胞は、脳脊髄液と接する特異な構造をもつことから、脳内外の生体環境の状態を反映する脳脊髄液の情報を感知し、中枢神経回路内へ情報伝達する細胞群であることが想定される。近年、ゼブラフィッシュやヤツメウナギでは、同ニューロンが運動中の機械刺激やpHを感知し、遊泳運動を制御することが示されてきたが、哺乳類においてその機能や実体はほとんどわかっていない。本年度は、独自に見出してきたAAVを用いた同ニューロンの標識法と、各種の遺伝子改変マウスや神経トレーサーを組合わせて、多様な脊髄ニューロン種との接続様式と機能の解析を進めた。まず透明化組織を用いて観察した結果、同ニューロンは軸索を腹側白質、吻側へと伸ばした後、複数の側枝を中心管周囲へと伸ばし、同種のニューロンと反回性にシナプス接続することを見出した。同ニューロンをdAPEX2で標識し３次元的に電子顕微鏡解析（SBF-SEM）を行った結果、前後軸におよぶ接続が確認された。また吻側へ伸びる同ニューロンの軸索を光刺激し電気生理学的に解析したところ、抑制性の接続を持つことがわかった。さらに同ニューロンは、体軸の筋を支配する運動ニューロン、運動に関わるV2aおよびコリン作動性の脊髄介在ニューロンとシナプス接続していることが組織学的に見出された。同ニューロンの神経活動を化学遺伝学的手法で抑制し、各種の運動テストにおいてDeepLabCutによる関節軌道の追跡と３次元キネマティック解析を行ったところ、トレッドミル上を速いスピードで走行できなくなることが明らかとなった。以上から、同ニューロンは脊髄内において運動関連ニューロンと神経回路網を作り、歩行運動に寄与している可能性が示唆された。