Molecular mechanisms of responses to hypoxic stimulation in medullary cardio-respiratory center neurons

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K06474
• Research Institution: Showa University
• Principal Investigator: 鬼丸 洋 昭和大学, 医学部, 客員教授 (30177258)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池田 啓子 昭和大学, 歯学部, 客員教授 (10265241)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 低酸素応答 / Phox2b / チロシン水酸化酵素 / 吻側腹外側延髄 / アストロサイト / ATP受容体 / NOX

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究で，新生児ラット摘出脳幹－脊髄標本を用いて，延髄吻側腹外側部の呼吸・循環関連ニューロンから細胞内記録を行い，低酸素および高二酸化炭素刺激に対する膜電位応答をTTX存在下で調べてきた．その結果，Phox2b+/TH+ニューロン（いわゆるC1アドレナリンニューロン）は低酸素刺激に対し，脱分極を示したが，高二酸化炭素刺激には応答しなかった．これらの実験はTTX存在下で行われたので，その細胞の内因性応答を示すと考えられるが，周囲のアストロサイトが低酸素に直接反応（TTX非依存性，Ca2+依存性）し，その結果アストロサイトから放出されたATPがP2受容体を介して，ニューロンに作用するという可能性も考えられた．そこで2022年度は主に，ATPあるいはグルタミン酸などのグリオトランスミッターの受容体ブロッカーの存在下（いわゆるカクテルブロッカー溶液）でのPhox2b+/TH+ニューロンの低酸素応答を調べた．
カクテルブロッカー溶液：P2プリン作動性受容体アンタゴニスト, PPADS (5 μM)； P2Y1 アンタゴニスト, MRS2179 (10 μM)； P2X and P2Y プリン作動性アンタゴニスト, Suramin (100 μM)；グルタミン酸受容体アンタゴニスト，CNQX (10 μM)；NMDA受容体アンタゴニスト，MK-801 (10 μM)；TTX （0.５μM）
その結果，Phox2b+/TH+ニューロンはカクテルブロッカー存在下でも低酸素刺激に対し，有意な脱分極応答を示すことが明らかになった．この結果は，Phox2b+/TH+ニューロン（いわゆるC1アドレナリンニューロン）が中枢性低酸素受容器の1つである可能性を示している．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

おおむね，予定通りに進んでいる．

Strategy for Future Research Activity

C1アドレナリンニューロンは吻側延髄の腹側部にクラスターを形成している．これらの細胞集団が実際に低酸素刺激にどのように応答するのかをカルシウムイメージングを用いて明らかにする．また，低酸素受容におけるNOXカスケードの関与についても検討する．

Causes of Carryover

2023年3月の日本生理学会に出席した際の旅費などを，2023年４月以降に科研費の使用が可能になり次第，処理する予定である．

Research Products

• [Journal Article] Effect of cisplatin on respiratory activity in neonatal rats. (2023)
  • Author(s): Ota S, Onimaru H, Izumizaki M.
  • Journal Title: Pflugers Arch. Volume: 475 Pages: 233-248
  • DOI: 10.1007/s00424-022-02762-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cannabinoid receptors involved in descending inhibition on spinal seizure-like activity in the phrenic output (2023)
  • Author(s): Lin ST, Iizuka M, Mikami Y, Yoda S, Onimaru H, Izumizaki M
  • Journal Title: Biomed Res. Volume: 44 Pages: 41-49
  • DOI: 10.2220/biomedres.44.41
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Glycine and GABAA receptors suppressively regulate the inspiratory-related calcium rise in the thoracic inspiratory cells of the neonatal rat. (2022)
  • Author(s): Mikami Y, Iizuka M, Onimaru H, Izumizaki M.
  • Journal Title: J Physiol Sci. Volume: 72 Pages: 24
  • DOI: 10.1186/s12576-022-00850-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dual orexin receptor blocker suvorexant attenuates hypercapnic ventilatory augmentation in mice. (2022)
  • Author(s): Fukushi I, Yokota S, Takeda K, Terada J, Umeda A, Yoshizawa M, Kono Y, Hasebe Y, Onimaru H, Pokorski M, Okada Y.
  • Journal Title: Brain Res. Volume: 1795 Pages: 148061
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of ANP and BNP on the generation of respiratory rhythms in brainstem-spinal cord preparation isolated from newborn rats. (2022)
  • Author(s): Katsuki S, Ota S, Yoda S, Onimaru H, Dohi K, Izumizaki M.
  • Journal Title: Biomed Res. Volume: 43 Pages: 127-135
  • DOI: 10.2220/biomedres.43.127
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Activation of astrocytes in the ventrolateral medulla via PAR1 and modulation of respiratory rhythm in newborn rat brainstem-spinal cord preparations (2023)
  • Author(s): Hiroshi Onimaru, Isato Fukushi, Keiko Ikeda, Itaru Yazawa, Kotaro Takeda, Yasumasa Okada, Masahiko Izumizaki
  • Organizer: 第100回日本生理学会大会
• [Presentation] Cell responses of the ventrolateral medulla induced by PAR1 activation and changes in respiratory rhythm in newborn rat en bloc preparations (2022)
  • Author(s): Hiroshi Onimaru, Isato Fukushi, Keiko Ikeda, Itaru Yazawa, Kotaro Takeda, Yasumasa Okada, Masahiko Izumizaki
  • Organizer: The 15th Oxford conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Involvement of cannabinoid receptors in descending inhibition on spinal seizure-like activity in the phrenic output (2022)
  • Author(s): Shih Tien Lin, Makito Iizuka, Shunya Yoda, Hiroshi Onimaru, Masahiko Izumizaki
  • Organizer: The 15th Oxford conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of Cisplatin on Respiratory Activity in Neonatal Rats (2022)
  • Author(s): Shinichiro Ota, Hiroshi Onimaru, Masahiko Izumizaki
  • Organizer: Effects of Cisplatin on Respiratory Activity in Neonatal Rats The 15th Oxford conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Depression of respiratory activity by aconitine and its recovery by tetrodotoxin or lidocaine in brainstem-spinal cord preparations from newborn rats (2022)
  • Author(s): Shunya Yoda, Hiroshi Onimaru, Masahiko Izumizaki
  • Organizer: The 15th Oxford conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cell responses of the ventrolateral medulla induced by PAR1 activation and changes in respiratory rhythm in newborn rat en bloc preparations (2022)
  • Author(s): Hiroshi Onimaru, Isato Fukushi, Keiko Ikeda, Itaru Yazawa, Kotaro Takeda, Yasumasa Okada, Masahiko Izumizaki
  • Organizer: 第４５回日本神経科学大会