2022 Fiscal Year Research-status Report
Physiological role of sustained suppression of neural activity by prostaglandin E2
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22K15225
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
向井 康敬 名古屋大学, 環境医学研究所, 特任助教 (30908124)
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2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 青班核ノルアドレナリン神経 / プロスタグランジンE2 / ストレス / 神経修飾 / 睡眠覚醒 / EP3受容体 / 陰イオンチャネルロドプシン / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一時的なストレスを受けると、我々は数時間～数日間の持続的な「調子の悪さ」を経験する。この持続的な調子の悪さの原因は、数時間～数日間にだけ生じる「持続的な神経活動の変化」ではないだろうか？ 研究代表者はこれまでに、マウス急性脳スライス標本にストレス関連物質であるプロスタグランジンE2（PGE2）を2分間投与すると、注意覚醒の惹起に重要な青斑核ノルアドレナリン神経（LC-NA神経）の活動が60分間以上持続的に抑制されることを発見した。この時間スケールの対比は、一時的なストレス受容後の持続的な「調子の悪さ」と類似している。そこで本研究ではPGE2による神経活動調節の「持続性」に着目し、神経活動の持続的な抑制がどのような生理機能に重要であるか解明を目指している。
本年度は、プロスタグランジンE2（PGE2）によるLC-NA神経活動の持続的な抑制が、どのような生理機能に重要かを解明するため、PGE2による持続的な抑制に重要な3型PGE2受容体（EP3R）をLC-NA神経特異的にノックアウトしたマウス（cKO）と、同腹の野生型マウス（WT）を用いて実験を行った。半日以上持続的に睡眠覚醒行動を変化させる炎症性ストレスとして働くリポ多糖（LPS）を腹腔投与し、cKOとWTの睡眠覚醒行動への影響を調べた。その結果、いずれの遺伝子型も睡眠時間の増大が観察されたものの、cKOとWTの間で明確な違いは観察されなかった。
また、光遺伝学的手法によってLC-NA神経活動を持続的に抑制可能なマウスの開発を行った。青色光照射によって開口する陰イオンチャネルのACR2を、組み換え酵素Cre依存的に発現する遺伝子改変マウス（LSL-ACR2マウス）を共同研究により作出し、Creマウスとの交配によりLC-NA神経でACR2を発現するマウスを得た（NAT-ACR2マウス）。そして脳スライスおよび生体内における機能確認を行った（Mukai et al. 2023）。
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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
令和4年度の当初の研究計画では、ストレス負荷無・有の各条件で生理機能測定を行い、cKOマウスとWTマウスの間で差の生じる生理機能を探索することとしていた。研究実績の概要で示したように、半日以上持続的に睡眠覚醒行動を変化させる炎症性ストレスとして働くリポ多糖（LPS）をcKOマウスとWTマウスそれぞれに腹腔投与し、睡眠覚醒行動への影響について、腹腔投与前日の平常状態との比較、およびcKOマウスとWTマウスの間の比較を行うことができた。さらに当初の研究計画の内容に加えて、光遺伝学的手法によってLC-NA神経活動を持続的に抑制可能なマウスの開発を行った。脳スライス標本の電気生理学的記録、および生体における行動実験により、開発したマウスで発現する光駆動タンパク質（陰イオンチャネルロドプシン）の機能評価を行った上で、研究成果をまとめて論文として発表することができた（Mukai et al. 2023）。以上の理由から、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度に行った研究では、EP3受容体によるLC-NA神経活動の持続的な抑制が関与すると考えられる新たな行動を見出すことはできなかった。そこで今後は、研究代表者がこれまでに発見していた、拘束ストレス負荷後の尾懸垂試験におけるcKOマウスとWTマウスの差異に着目して研究を推進する。cKOマウスとWTマウスの間でLC-NA神経活動に差異が存在するかどうかを、生体内で神経活動を測定可能なファイバーフォトメトリー法によって調べる。cKOマウスおよびWTマウスそれぞれのLC-NA神経に、アデノ随伴ウイルスベクターを注入してカルシウム指示タンパク質であるG-CaMP6を発現させる。続いて、青班核の近傍に光ファイバーカニューレを留置する。個体を十分に回復させた後、蛍光観察用の光ファイバーを取り付けた上で、自由行動・拘束・尾懸垂試験のそれぞれを行なっている間のLC-NA神経活動を測定する。以上により、実際の生体内におけるPGE2によるLC-NA神経活動の持続的抑制の有無、およびその生理機能解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
研究室の補助によりマウス飼育に必要な経費などの一部を削減できた。また新型コロナウイルス感染症濃厚接触者となり学会を急遽オンライン参加とするなどしたため、確保していた予算を使用し切れなかった。以上の理由により、次年度使用額が生じた。次年度使用額については、追加実験により当初の予定よりも多額の出費が見込まれることから、次年度に全て使用予定である。
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