2011 Fiscal Year Research-status Report
運動、運動学習を制御する大脳基底核神経回路の作動原理の解明
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23700479
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
佐野 裕美 生理学研究所, 統合生理研究系, 特任助教 (00363755)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | 線条体 / 大脳基底核 / 光遺伝学 / 運動 |
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| Research Abstract |
大脳基底核における線条体投射ニューロンの神経生理学的役割を解明するため、線条体投射ニューロンに光受容体であるチャネルロドプシン（ChR2）を発現する遺伝子組換えマウス（PDE10A2-tTA/tetO-ChR2）を利用した電気生理学的解析を行った。光ファイバーを接着した記録電極を覚醒下のPDE10A2-tTA/tetO-ChR2マウスの線条体に刺入し、光照射による神経活動の変化を細胞外記録した。その結果、光照射に応じた興奮が認められた。次に、線条体投射ニューロンの投射先である淡蒼球外節と黒質網様部に光ファイバーを接着した記録電極を刺入し、線条体投射ニューロンの神経終末を光照射したときの投射領域における神経活動の変化を細胞外記録した。淡蒼球外節でも黒質網様部でも光照射に応じた抑制が認められ、抑制性のGABA作動性神経である線条体投射ニューロンが興奮した結果であることが示唆された。一方で、大脳皮質－線条体経路の神経生理学的役割を解明するため、逆行性に遺伝子導入できるレンチウイルスベクター（RVG-ChR2）をマウス線条体に注入し、大脳皮質－線条体経路にChR2を発現させ、このマウスを用いて電気生理学的解析を行った。これまでの実験で問題となっていたRVG-ChR2による大脳皮質－線条体経路のChR2の発現量を改善するため、テトラサイクリン遺伝子発現制御システムを導入し、ChR2の発現量の増加を試みた。その結果、遺伝子導入されるニューロンの数は少ないものの、遺伝子導入されたニューロンは高い発現量を示した。そこで、光ファイバーを接着した記録電極を覚醒下のマウスの大脳皮質運動野に刺入し、光照射による神経活動の変化を細胞外記録したところ、光照射に応じた興奮が認められた。この結果は、大脳皮質－線条体経路の同定と特異的な興奮誘導に成功したことを示唆している。
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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
PDE10A2-tTA/tetO-ChR2マウスを用いた線条体投射ニューロンの神経生理機能の解析では、最初に線条体における光照射に応じた興奮誘導の確認を行い、次に神経終末へ光照射することにより、線条体－淡蒼球投射ニューロンと線条体－黒質投射ニューロンの各々の経路の興奮を誘導した。光照射に応じた淡蒼球外節と黒質網様部における神経活動の変化から、線条体投射ニューロンの電気生理学的機能が明らかとなった。RVG-ChR2を用いた大脳皮質－線条体経路の神経生理機能の解析では、テトラサイクリン遺伝子発現制御システムを利用した発現量の改善に成功したことが大きく、大脳皮質－線条体経路の同定と特異的な興奮誘導に成功した。現在、大脳皮質－線条体経路を光照射で興奮誘導したときの淡蒼球外節や黒質網様部での神経活動の変化を記録している。これらの状況はほぼ実験実施計画の通りであり、順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
RVG-ChR2を用いて大脳皮質－線条体経路を光照射で特異的に興奮誘導し、淡蒼球外節や黒質網様部での神経活動の変化をさらに詳細に解析する。次に、PDE10A2-tTA/tetO-ChR2マウスとRVG-ChR2を用いて、線条体投射ニューロンおよび大脳皮質－線条体経路の行動学的役割の解析に着手する。PDE10A2-tTA/tetO-ChR2マウスにおいては、線条体、淡蒼球外節、黒質網様部、RVG-ChR2を用いたマウスにおいては大脳皮質運動野にカニューレを埋め込み、カニューレから光ファイバーを刺入して、自由行動下で光照射が出来るようにする。自発運動量やローターロッドでの運動学習機能に線条体投射ニューロンおよび大脳皮質－線条体経路の興奮がどのような影響を与えるのかを解析する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究費は主に、電極、カニューレ、光ファイバー、実験動物などの物品の購入に使用する予定である。
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