2021 Fiscal Year Research-status Report
Understanding of sleep-wake regulatory mechanisms in nature
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20KK0177
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小野 大輔 名古屋大学, 環境医学研究所, 講師 (30634224)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池上 啓介 愛知医科大学, 医学部, 講師 (10709330)
山仲 勇二郎 北海道大学, 教育学研究院, 准教授 (20528343)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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| Keywords | 概日リズム / 睡眠・覚醒 / 自然環境 / 神経回路 / 視床下部 / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
睡眠・覚醒や体温調節など、ほぼすべての生理機能には２４時間を１サイクルとする “概日リズム”が存在し、“概日時計”がその時間的調節を担う。我々の身体を構成する すべての細胞に、概日時計は備わり、時計遺伝子の転写・翻訳を介したフィードバックループがその中心的役割を示す（図１）。概日時計の中でも、中枢時計である「視交叉上核」はペースメーカーとして機能し、睡眠・覚醒のリズムを調節する。
近年の光遺伝学の技術開発により、様々な生命現象を調節する神経回路が同定されてきている。哺乳類の睡眠研究においても、実験室の飼育環境下における睡眠・覚醒調節に関わる神経細胞が同定されてきた。一方、自然界における動物の睡眠研究はほとんどなされていない。しかし、最近になって自然界における睡眠・覚醒パターンが、実験室の結果とは大きく異なる事が示唆されてきた。国際生物学賞を受賞したDr. S. Daan（故）は、自然条件下（野外）でマウスを飼育すると、夜行性から昼行性にシフトする事を発見した。本研究では、自然環境下における動物行動の調節を担う神経メカニズムの解明を行う。
これまで開発を進めてきた、沖縄産ホタル発光タンパク質を用いた光イメージングシステムをさらに発展させ、発光cAMPプローブの開発を行った。アデノ随伴ウイルスベクターを用い神経初代培養系を用い、細胞内のcAMPおよびCa2+の同時計測を行った。その結果、概日時計中枢である視交叉上核におけるcAMPとCa2+は異なる機能を持つ事が示唆された。
自然環境下における動物行動の調節メカニズムを明らかにするため、共同研究先への渡航を検討したが、今年度もコロナウイルスの影響で渡航ができなかった。一方で、ワイヤレス光計測や非侵襲光計測のプロトタイプが完成した。
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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
新規発光cAMPの作成に成功したこと、さらには視交叉上核における細胞内cAMPとCa2+の機能的違いが明らかにされつつある。また非侵襲光計測システムのプロトタイプが出来上がった。渡航が制限される中、自然環境を模倣した実験プトロコルの作成も並行して進めることなどを総合し順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
作成した発光cAMPプローブを用い、視交叉上核におけるcAMPの機能的意義を明らかにしていく。光計測だけでなく光操作ツールを組み合わせた実験を進め、論文にまとめる。非侵襲光計測のプロトタイプを用い、脳深部からの光計測を実施する。自然環境下における脳内神経活動計測を実施する。コロナウイルスによる渡航が難しい場合に備え、自然環境を模倣したプロトコルを実験室で再現できるシステムの構築を進める。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスによる渡航が制限されていたため。
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[Journal Article] CHRONO and DEC1/DEC2 compensate for lack of CRY1/CRY2 in expression of coherent circadian rhythm but not in generation of circadian oscillation in the neonatal mouse SCN2021
Author(s)
Ono, D., Honma, K., Schmal, C., Takumi, T., Kawamoto, T., Fujimoto, K., Kato, Y., and Honma S.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 11:19240
Pages: 19240
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Reversible modulation of circadian time with chronophotopharmacology2021
Author(s)
Kolarski, D., Mir?-Vinyals, C., Sugiyama, A., Srivastava, A., Ono, D., Nagai, Y., Iida, M., Itami, K., Tama, F., Szymanski, W., Hirota, H., and Feringa., L. B.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12:3164
Pages: 3164
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] The central circadian clock regulates wakefulness via CRF neurons in the hypothalamus2021
Author(s)
Ono, D., Mukai, Y., Hung, C. J, Chowdury, S., Sugiyama, T., and Yamanaka A.
Organizer
第44回日本神経科学大会
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