2014 Fiscal Year Annual Research Report
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24220010
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| Research Institution | National Institute for Basic Biology |
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Principal Investigator |
野田 昌晴 基礎生物学研究所, 統合神経生物学研究部門, 教授 (60172798)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 神経科学 / 脳・神経 / 体液恒常性 / イオンチャンネル / シグナル伝達 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. Na+レベルセンサーNaxの生理的特性に関する研究：Naxの発現が弱く、これまで詳細な解析の進んでいなかった脳領域について、検討した結果、大脳皮質や扁桃体でNaxがニューロンに発現していることを明らかにした。さらにシナプスにおける足場タンパク質であるPSD95との結合が、Naxの細胞膜での安定化に寄与していることを証明した。
2. 飲水行動制御に関わる浸透圧センサーの探索：平成25年度に飲水行動制御に関与することが明らかになったTRPV4とNaxのダブルノックアウト(KO)マウスについて、高浸透圧溶液の脳室内注入によって誘発される飲水量を測定し、各々のKOマウスと比較した。ダブルKOマウスの飲水量は各々のKOマウスとほぼ同じで、２つの分子を欠損したことによる加算効果は見られなかった。このことから、TRPV4とNaxは単独で別々に飲水行動の制御に関与しているのではなく、両者が一つの制御システムの中で働いていることが示唆された。
3. 感覚性脳室周囲器官に特異的に発現する分子の機能解析：RNA-seqによって見出したSFOやOVLTに特異的に発現する分子群について、in situハイブリダイゼーションによって感覚性脳室周囲器官における発現を確認した。さらに、発現が確認できた分子について イオンイメージングによってNaや浸透圧刺激に対する応答を調べ、主にNa+濃度の上昇に応答する分子を複数見出した。
4. 塩分摂取行動の制御におけるアンジオテンシンIIの役割に関する解析：AT1aの発現を神経経路特異的に欠損させる解析から、脳弓下器官(SFO)から神経核Xに投射する神経が塩分摂取行動の制御に関わることが明らかになった。そこで、神経核Xに投射するSFOニューロンに、光刺激により神経活動を抑制する働きを持つArcTを強制発現して光刺激したところ、塩分摂取行動が抑えられることを確認した。
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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
塩分摂取行動におけるNa+レベルセンサー、NaxとアンジオテンシンII信号伝達系の役割と関係、飲水行動におけるTRPV4やNaxの役割、さらに新たな浸透圧センサー分子の探索などを課題として進めてきた。それぞれについて、成果があがっているのみならず、想定以上の結果もあり、おおむね順調に進展している。
特にNaxについては、新たな解析の結果、大脳皮質や扁桃体においてはニューロンに発現しており、シナプス後部において足場タンパク質PSD95と結合して存在していることが明らかになった。さらに、電気生理学的解析から、ニューロンに発現しているNaxも、グリア細胞に発現しているNaxと同様のNa感受性を示すことが明らかになった。Naxを開口させる陽イオンのイオン選択性について解析したところ、Na+ = Li+ > Rb+ > Cs+であることが明らかになった。以上のように、Naxの新たな機能が明らかになりつつある（Matsumoto et al., 2015）。
また、平成25年度中に、SFOとOVLTに特異的に発現する分子を多数同定したが、平成26年度に、それらを細胞に発現させて機能解析を行ったところ、複数の分子がNa感受性を示した。今後、これらのセンサー候補分子について、個体を用いた飲水行動制御異常の解析を行うことによって、その可能性を検証する。
また、従来、単独で飲水行動の制御に関わっていると考えられていたTRPV4が、Naxの下流で飲水行動を制御していることが示唆された。これは、まったく想定外の結果であったが、より詳細にメカニズムを検証することにより、全く新しい飲水行動制御機構の解明につながる可能性がでてきた。
さらに、前年度に明らかになった塩分摂取の制御に関わる神経回路を光制御することに成功した。これは、世界で初めて味覚物質の摂取行動を光制御することに成功した成果であり、今後の研究展開が期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 水分、塩分摂取行動の制御におけるアンジオテンシンIIの役割に関する解析：SFOのニューロンが神経結合を形成する投射先神経核を網羅的に調べ、それらの神経核に光活性化型チャンネル(ChR2)やポンプ(ArcT)をコードした逆行性ウィルスを感染させる。これにより、その神経核に投射するニューロンに選択的にChR2やArcTを発現したマウスを作成する。このマウスのSFOを光刺激することによって、SFOから特定の神経核に投射するニューロンを選択的に光制御し、飲水行動及び塩分摂取行動の制御を試みる。
2. 飲水行動制御に関わる浸透圧センサーの探索： TRPV4とNaxの両者が一連の飲水行動制御機構に関わる仕組みを調べる。Naxを発現するグリア細胞からTRPV4を発現するニューロンに向けて、何らかの伝達物質が放出され、TRPV4が活性化する可能性がある。これを明らかにするため、脳室内に阻害剤や活性化剤を入れて、飲水行動に及ぼす影響を解析する。
3. 感覚性脳室周囲器官に特異的に発現する分子の機能解析：RNA-seqによって見出したSFOやOVLTに特異的に発現する分子群について、in situハイブリダイゼーションによって感覚性脳室周囲器官における発現を確認する。さらにイオンイメージングによってNaまたは浸透圧刺激に対する応答を確認した分子について、それを標的とするマイクロRNAをコードしたアデノ随伴ウィルスを作成する。それを野生型マウスの感覚性脳室周囲器官に投与することで、各候補分子の発現を部位特異的に遺伝子ノックダウンし、飲水行動に及ぼす影響を調べる。
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