哺乳類の昼行性・夜行性を決定する神経メカニズムの解明

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K19255
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 小野 大輔 名古屋大学, 環境医学研究所, 講師 (30634224)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 概日リズム / 睡眠・覚醒 / 自然環境 / 神経回路

Outline of Annual Research Achievements

哺乳類では、睡眠・覚醒は約２４時間ごとに繰り返され、この２４時間周期のリズムを「概日リズム」と呼ぶ。また、脳内視床下部の「視交叉上核」が概日時計の中枢として生体機能の時間的統合を行う (Ono et al., 2013 Nature Communications.; Ono et al., 2016 Science Advances)。概日時計の中枢である視交叉上核から、睡眠・覚醒の行動への出力を考えた際、昼行性・夜行性動物では行動の時間帯が昼夜逆転しているにも関わらず、視交叉上核の神経活動は、同じように昼間に高まる事が知られている。つまり視交叉上核は、２４時間のリズムを刻むペースメーカーとして機能し、その時間情報は脳内の神経回路を介して、昼夜反転することで、睡眠・覚醒のタイミングが調節されていると推測される。しかし、時刻情報変換に関わる神経回路は未同定のまま今日に至っている。申請者はこの問題に取り組み、視交叉上核の出力経路の探索を進めてきた (Ono et al., 2019 Commun. Biol.,)。その結果、視交叉上核のGABAが、室傍核CRF神経を昼間に抑制する事で、覚醒を調節している事を発見した (Ono et al., 2020 Science Advances)。本研究提案では、様々な光イメージングツールを組み合わせることで、動物の昼行性・夜行性を決定するメカニズムを明らかにする。
動物実験であるマウスは、実験室では夜行性を示すが野外では昼行性を示す事が知られている。そこで、実験室で野外の環境を模倣した環境でマウスを飼育すると、夜行性から昼行性に変化する事を見出した。また、概日時計の中枢からの出力経路の探索を進めたところ、ある脳領域が視交叉上核からの情報を受け取り、睡眠覚醒を調節している可能性があることを見出した。今後は、この領域のどの細胞種が昼行性・夜行性行動に重要であるかを検証していく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 北京大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 北京大学
• [Journal Article] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in the suprachiasmatic nucleus (2023)
  • Author(s): Ono, D.*, Wang, H., Hung, J.C., Wang, T.H., Kon, N., Yamanaka, A., Li, Y., and Sugiyama, T.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 9(1) Pages: eabq7032
  • DOI: 10.1126/sciadv.abq7032
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Serotonergic neurons control cortical neuronal intracellular energy dynamics by modulating astrocyte-neuron lactate shuttle (2023)
  • Author(s): Natsubori,A., Hirai,S., Kwon, S., Ono, D., Deng, F., Wan, J., Miyazawa, M., Kojima,T., Okado,H., Karashima,A., Li, Y., Tanaka,F. K., and Honda, M.
  • Journal Title: iScience Volume: 1(20) Pages: 105830
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.105830
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Level of constitutively expressed BMAL1 affects the robustness of circadian oscillations (2022)
  • Author(s): Padlom, A., Ono, D., Hamashima, R., Furukawa, Y., Yoshimura, T., and Nishiwaki-Ohkawa, T
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Pages: 19519
  • DOI: 10.1038/s41598-022-24188-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neural circuits in the central circadian clock and their regulation of sleep and wakefulness in mammals (2022)
  • Author(s): Ono, D.*
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 182 Pages: 44932
  • DOI: 10.1016/j.neures.2022.05.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional interaction between GABAergic neurons in the ventral tegmental area and serotonergic neurons in the dorsal raphe nucleus (2022)
  • Author(s): Rahaman, S.M., Chowdhury, S., Mukai, Y., Ono, D., Yamaguchi, H. and Yamanaka, A.
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 15 Pages: 808754
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.877054
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in the suprachiasmatic nucleus (2023)
  • Author(s): 小野大輔，Huan Wang, Chi Jung Hung, Hsin-tzu Wang, 山中章弘，Yulong Li, 杉山崇
  • Organizer: 第100回日本生理学会
• [Presentation] The central circadian clock regulates wakefulness via CRF neurons in the hypothalamus (2022)
  • Author(s): Ono, D.
  • Organizer: Journal of Neurochemistry Mini-meet
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in mouse suprachiasmatic nucleus (2022)
  • Author(s): Ono, D., Wang, H., Hung, J.C., Wang, T.H., Kon, N., Yamanaka, A., Li, Y., and Sugiyama, T.
  • Organizer: International Symposium on Chronogenesis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in mouse suprachiasmatic nucleus (2022)
  • Author(s): Ono, D.
  • Organizer: 第29回日本時間生物学会
• [Presentation] Network driven circadian cAMP rhythm in the mouse suprachiasmatic nucleus (2022)
  • Author(s): Ono, D., Hung, J.C.,Yamanaka. A., and Sugiyama, T.
  • Organizer: NEURO2022
• [Remarks] 研究ユニットHP
  • URL: https://daiono14.wixsite.com/circadianrhythm
• [Remarks] 体内時計中枢における細胞内 cAMP の機能を解明
  • URL: https://www.med.nagoya-u.ac.jp/medical_J/research/pdf/Sci_230105.pdf