スポーツ場面の「根性」生成のメカニズムーセロトニン仮説ー

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K21241
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: 中川 晃 公益財団法人東京都医学総合研究所, 脳・神経科学研究分野, 研究員 (90908021)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: 背側縫線核 / セロトニン / ファイバーフォトメトリー / オプトジェネティクス / 疲労 / トレッドミル

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、セロトニン(5-HT)の神経核である背側縫線核(DRN)の活動が、疲労しても運動を続ける忍耐力に関わっているという仮説を設定し、仮説証明のため、遺伝子改変マウスを用いて運動中のDRNの5-HT神経活動の計測と操作を行う。
運動中にDRNの5-HT神経活動をファイバーフォトメトリー法によるカルシウムイメージングで測定し、運動と神経活動の関係を解明する。その後、光遺伝学的手法により運動中にDRNの5-HT神経活動を抑制、または興奮させることで運動がどのように変化するのかを明らかにする。こうした実験により、辛い運動中の「根性」生成、すなわちラストスパートを発揮する神経機序を因果性まで含めて解明する。
2022年度は2021年度に引き続き、遺伝子改変マウスを用いて運動中のDRNの5-HT神経活動の計測を行った。2021年度の実験結果から、頭部へのプローブ挿入手術後のマウスは65%の運動強度で長時間の運動が可能であることが判明している。DRNのトリプトファン水酸化酵素に蛍光プローブであるYC-nano50を発現させたマウスの最大走行速度をトレッドミル走行で測定した後、65%運動強度での運動中にDRNの5-HT神経活動をファイバーフォトメトリー法によるカルシウムイメージングで測定し、運動と神経活動の関係解明を試みた。その結果、マウスの5-HT神経活動はトレッドミル上で一定の位置で走行している場合には変化を示さない可能性が示唆された。そして、走行を中断すると神経活動は抑制され、再び走り出す際に興奮し、さらに距離依存的に神経活動の興奮が起こっている可能性も示された。