2022 Fiscal Year Annual Research Report
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21H02590
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
上野 将紀 新潟大学, 脳研究所, 教授 (40435631)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 運動下行路 / 皮質脊髄路 / 脳梗塞 / 神経回路 / 再編 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、脳障害後に、脳－脊髄をつなぐ運動下行路の再編様式とその機能回復への役割を体系化することを目的とする。脳障害は、神経回路を破綻させ、運動をはじめとする神経機能の低下をもたらす。一方、失われた機能は、自然回復・増悪など変容することが知られ、この機能変容は、障害から逃れ残存した神経回路の可塑的、代償的変化により起こると近年示されている。申請者はこれまで、脳障害後に、運動を担う下行路の１つ皮質脊髄路が再編し、機能回復を導く現象の1つであると示してきた。適切な回路の可塑性を増強し治療標的とするため、脳障害部位に応じた再編、機能回復機序の理解が求められており、本研究ではその体系化を試みる。本年度は、脳梗塞モデルマウスにおいて、障害対側の大脳皮質から伸びる皮質脊髄路が頸髄において標的とする脊髄ニューロンとの接続を組織学的に見出した。この接続が機能的か明らかにするため、標的脊髄ニューロンの神経活動を検出する手法、さらに皮質脊髄路を光遺伝学手法で刺激する実験系を確立した。次に、脳梗塞後に、皮質脊髄路以外の運動下行路が再編に関わるか調べるため、他の運動下行路を標識する実験条件の検討も進めた。最後に、再編回路の機能を明らかにするため、回路内の特定のニューロンの活動を抑制する手法を確立した。この手法を用いて、マウスが腕を伸ばしエサを取る巧緻運動を３次元キネマティック解析したところ、特定の神経細胞が、巧緻運動に寄与することがわかった。ここで確立した実験系と得られた成果は、脳障害後に再編する運動下行路の様式とその機能の理解へ貢献するものと期待される。
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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
本研究では、脳障害後におこる運動下行路の再編様式を明らかにし、障害部位別に起こる再編のパターンとその機能を体系化することを目的としている。本年度は、再編回路の接続様式の一端を組織学的に見出し、その機能的接続や機能を調べる実験系を確立することができた。以上のことから、再編パターンとその機能の体系化へ向け研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までの組織学的な解析から、脳梗塞モデルマウスでは、残存した大脳皮質から伸びる皮質脊髄路の軸索が、脊髄ニューロンと接続し再編することがわかってきた。本年度はまず、この接続が機能的なものであるかを明らかにする。脳梗塞後、経時的に、光遺伝学手法で皮質脊髄路を刺激し、標的ニューロンの活動を計測し、機能的な接続とその変化を解析する。また筋電図も計測し、大脳皮質-脊髄-筋間の活動の変化を捉える。次に、脳梗塞後に、他の運動下行路を順行性トレーサーで標識し、脊髄における軸索の投射様式の変化を組織、解剖学的に解析する。さらに経シナプス逆行性の神経トレーサーを用いた解析も検討する。最後に、再編した回路の機能を明らかにするため、回路内の特定のニューロンの活動を化学遺伝学的手法を用いて抑制し、マウスが腕を伸ばしエサを取る巧緻運動が変化するかを３次元キネマティック解析し、機能回復への寄与を明らかにする。
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[Journal Article] Cerebrospinal fluid-contacting neuron tracing reveals structural and functional connectivity for locomotion in the mouse spinal cord.2023
Author(s)
Nakamura Y, Kurabe M, Matsumoto M, Sato T, Miyashita S, Hoshina K, Kamiya Y, Tainaka K, Matsuzawa H, Ohno N, Ueno M.
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Journal Title
eLife
Volume: 12
Pages: e83108
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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