2021 Fiscal Year Annual Research Report
エネルギー代謝の変化を担う脳―末梢間神経回路リモデリング機構の解明
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21H03387
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
近藤 邦生 生理学研究所, 生体機能調節研究領域, 助教 (90784950)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | エネルギー代謝 / エネルギー恒常性 / 脳ー末梢組織間神経回路 / 仮性狂犬病ウイルス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳は体内外の情報を統合し、多数の末梢組織の機能を協調的に制御することで、生体のエネルギー恒常性を維持する。恒常性維持メカニズムにおいては、脳による末梢組織の制御が重要な役割を果たしている。体内外の環境が変化すると、それに応じて脳による末梢組織制御メカニズムも柔軟に変化すると考えられる、しかし、実際に体内外のエネルギー状態の揺らぎに対して、脳から末梢組織へ至る神経回路がどのように対応するのか、その実体については不明である。本研究では、エネルギー代謝の状態の変化に応じた、脳―末梢組織間の神経回路の構造変化すなわち「リモデリング」を引き起こすメカニズムとエネルギー代謝における役割を解明する。
仮性狂犬病ウイルス（Pseudorabies virus：PRV）は神経細胞に感染すると、シナプスを介して逆行的に移動する性質を持つ。すなわち、末梢組織にPRVを接種すると、ウイルスは接種した組織を制御する一連の神経回路に感染する。本研究では、PRVをマウスに接種し、エネルギー代謝に重要な末梢組織である褐色脂肪組織・骨格筋に脳からのシグナルを伝達する神経回路を同定した。次に同様の手法により、寒冷飼育や継続的な自発運動により個体のエネルギー代謝を変化させたマウスにおいて、脳と褐色脂肪・骨格筋を結ぶ神経回路を解析した。その結果、いくつかの脳領域において、末梢組織を制御する神経細胞の数が変化することを見出した。変化した領域はエネルギー代謝を変化させる刺激ごとに異なっていた。これらの結果は、脳領域と生理状態に特異的に脳―末梢組織間の神経回路のリモデリングが生じている可能性を示している。
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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
本年度は研究初年度であり、さまざまな研究手法の確立・最適化をおこなった。仮性狂犬病ウイルスを用いて、脳と骨格筋・褐色脂肪を結ぶ神経回路を網羅的に同定する手法を確立した。また、寒冷条件での飼育、回転カゴを用いた自発的な運動を促す環境での飼育、肥満を引き起こす条件下での飼育など、エネルギー代謝を変化させる飼育法を確立した。そして、これらの手法を組み合わせて、エネルギー代謝に伴う脳ー末梢神経回路のリモデリングが起こることを見出すことに成功した。
来年度は、これらのリモデリングに関わる神経細胞を詳しく解析する予定であり、そのために、脳ー末梢神経回路を構成する神経細胞の中で、刺激により活性化する神経細胞を同定する手法や、リモデリングのメカニズムを解明するための手法の開発をおこなった。
現在は、リモデリング解析を行うための、ウイルス感染細胞の局在解析にかなり時間が必要であり、この部分の解析速度を上げることが今後の課題となりうる。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は今年度に見出したリモデリングのメカニズムの解析を行う。リモデリングにより増減した神経細胞に共通で発現する遺伝子マーカーの探索を行う。すでに、褐色脂肪や骨格筋のエネルギー代謝に関わる神経細胞に発現する遺伝子マーカーをいくつか取得しており、これらのマーカー遺伝子から優先的に解析していく。リモデリングには、神経可塑性や神経新生が関わる可能性が考えられる。そのため、神経可塑性や神経新生に関連する遺伝子発現の変化も解析し、有望な結果が得られた場合は、それらの遺伝子の発現や神経可塑性・神経新生を人為的に制御し、リモデリングへの影響を解析する。
また、リモデリング解析を行うための、ウイルス感染細胞の局在解析に現在ではかなり時間が割かれており、このウイルス感染細胞の網羅的解析を迅速に進めるために、脳の透明化やライトシート顕微鏡を用いた手法の開発にも取り組む。
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[Journal Article] Basigin deficiency prevents anaplerosis and ameliorates insulin resistance and hepatosteatosis2021
Author(s)
Ryuge A, Kosugi T, Maeda K, Banno R, Gou Y, Zaitsu K, Ito T, Sato Y, Hirayama A, Tsubota S, Honda T, Nakajima K, Ozaki T, Kondoh K, Takahashi K, Kato N, Ishimoto T, Soga T, Nakagawa T, Koike T, Arima H, Yuzawa Y, Minokoshi Y, Maruyama S, Kadomatsu K
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Journal Title
JCI Insight
Volume: 6
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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