2014 Fiscal Year Research-status Report
運動、報酬に基づく学習の制御における大脳基底核の神経生理学的役割の解明
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25351002
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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) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 大脳基底核 / 神経生理学 / 随意運動 / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大脳皮質から大脳基底核への入力経路の一つである大脳皮質－線条体投射ニューロン、大脳基底核の入力核である線条体からの出力経路の一つである線条体－淡蒼球外節ニューロンが大脳基底核の神経活動を調節する機構と随意運動の制御における役割を光遺伝学を利用して解析した。
大脳皮質-線条体投射ニューロンの解析には、逆行性のウイルスベクターを利用して光駆動性イオンチャネルであるチャネルロドプシン2(ChR2)を発現させたマウスを利用した。大脳皮質に刺入した光ファイバーから光を照射して大脳皮質－線条体投射ニューロンを興奮させ、大脳基底核の出力核である黒質網様部の神経活動を記録した。その結果、光照射に応じて、「抑制－興奮」あるいは「早い興奮－抑制－遅い興奮」という応答が認められた。一方の線条体-淡蒼球外節ニューロンの解析には、線条体-淡蒼球外節ニューロンに特異的にChR2を発現するトランスジェニックマウス(D2tTA::tetO-ChR2マウス)を利用した。線条体に刺入した光ファイバーから光を照射して線条体－淡蒼球外節ニューロンを興奮させ、黒質網様部の神経活動を記録した。その結果、光照射に応じて、「遅い興奮」が認められた。これらの結果とこれまでの知見から、黒質網様部で認められる「抑制」は大脳皮質－線条体－黒質網様部（いわゆる直接路）、「遅い興奮」は大脳皮質－線条体－淡蒼球外節－視床下核－黒質網様部（いわゆる間接路）を経由するものであると考えられる。
一方で、大脳皮質あるいは線条体に光照射し、大脳皮質－線条体投射ニューロンあるいは線条体－淡蒼球外節ニューロンの興奮を誘導したときの運動変化も観察した。大脳皮質－線条体投射ニューロンの興奮により、上肢や口顔などの運動が誘発されることが確認できた。線条体－淡蒼球外節ニューロンの興奮は運動を誘発した後に、運動を停止させることが観察できた。
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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
逆行性のウイルスベクターを利用した大脳皮質－線条体投射ニューロンの神経生理学的な役割の解析においては、光照射で大脳皮質－線条体投射ニューロンの興奮を誘導したときの大脳基底核の出力核である黒質網様部における神経活動を記録したが、多くの神経細胞から応答を記録することができた。そのため、光照射に対する黒質網様部における応答パターンの傾向を解析することができた。また、D2tTA::tetO-ChR2マウスを利用した線条体－淡蒼球外節ニューロンの神経生理学的な役割の解析においても、黒質網様部における応答パターンが明確になり始めた。
一方で、大脳皮質－線条体投射ニューロンおよび大脳皮質－線条体投射ニューロンの興奮を誘導したときの行動変化についても解析を行い、光照射に応じた行動変化のパターンも明確になり始めた。
また、もう一つの線条体からの出力経路である線条体－黒質ニューロンが大脳基底核の神経活動を調節する機構と随意運動の制御における役割を光遺伝学を利用して解析するため、線条体－黒質ニューロンに特異的にChR2を発現するトランスジェニックマウス(M4tTA::tetO-ChR2マウス)も繁殖しており、実験に使用できる個体数まで増えてきた。
これらの状況は、ほぼ実験計画通りであり、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
大脳皮質－線条体投射ニューロンおよび線条体－淡蒼球外節ニューロンが大脳基底核の神経活動を調節する機構については、さらに電気生理学的解析を続け、大脳基底核の出力核である黒質網様部の神経活動に与える影響を詳細に解析する。
大脳皮質－線条体投射ニューロンあるいは線条体－淡蒼球外節ニューロンが運動を調節する機構についても、光照射で興奮誘導したときの運動変化をさらに解析し、神経活動と運動調節との関係の解明を目指す。
一方で、もう一つの線条体からの出力経路ある線条体－黒質ニューロンについて、大脳基底核の神経活動を調節する機構と運動調節における役割を解析する。この実験には、線条体-淡蒼球外節路に特異的にChR2を発現するトランスジェニックマウス(M4tTA::tetO-ChR2マウス)を使用する。線条体に刺入した光ファイバーから光を照射して線条体－黒質ニューロンを興奮させ、黒質網様部の神経活動を記録する。さらに、線条体－黒質ニューロンの興奮を誘導したときの運動変化も観察する。
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| Causes of Carryover |
当初の予定では、実験補助のために人件費・謝金に予算を割り当てていた。しかし、実際には予想よりも効率よく神経活動の記録および組織化学的解析を行うことができた。そのため、実験補助の依頼をしなくても、ほぼ、実験計画通りに実験を遂行することが出来た。そのため、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
電極や光ファイバーの購入など、主に物品費に使用する予定である。また、研究成果の発表や情報収集のため学会や研究集会にも積極的に参加することを計画しており、旅費にも使用する。
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[Journal Article] Disruption of actin-binding domain-containing Dystonin protein causes dystonia musculorum in mice.2014
Author(s)
Horie M, Watanabe K, Bepari AK, Nashimoto J, Araki K, Sano H, Chiken S, Nambu A, Ono K, Ikenaka K, Kakita A, Yamamura K, Takebayashi H.
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Journal Title
Eur J Neurosci
Volume: 40
Pages: 3458-3471
DOI
Peer Reviewed
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