2015 Fiscal Year Annual Research Report
グリアの発する信号が神経活動・行動に及ぼす影響を探る
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25702054
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松井 広 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (20435530)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 脳科学 / グリア細胞 / 光遺伝学 / グルタミン酸 / 細胞内イオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、脳の中に相並ぶ神経回路およびグリア回路の間で、どのようにして情報が交換されているのかを明らかにし、グリア回路の活動が認知・学習・行動といった心の機能にいかに影響を与えているのか解明することを目的とする。この課題にせまるための強力なツールとして、ChR2やArchT等の光感受性分子を活用し、従来は不可能だった、神経やグリアに対する選択的な光刺激を行った。また、グリアの担う信号を計測するために、電気的に記録する方法に加え、二光子イメージング法やFRET法等の最新の光計測法を導入した。これまで、主に急性脳スライス標本を用いて実験をしたところ、神経細胞間での興奮性信号伝達に使われるのと全く同じグルタミン酸が、伝達物質としてグリアから放出されることが示された。グリアからの放出のメカニズムは、神経からの放出とは全く異なり、シナプス小胞からのCa2+依存性開口放出ではなく、DIDS感受性陰イオンチャンネルからのpH依存性放出であることが示唆された。また、グリア光刺激によってグルタミン酸が放出されると、神経細胞間のシナプス伝達が修飾されることも示された。そこで、引き続き、グリア光刺激時と同レベルのグリア細胞内pHやCa2+濃度変動が、生きているマウスの脳内でも生じているかどうかを明らかにする必要が出てきた。そこで、pHとCa2+のそれぞれの変動に感受性の高い蛍光タンパク質を、グリア細胞のうち、アストロサイトに高発現する遺伝子改変マウスを作製するのに成功した。また、これまでの電気生理学実験により、細胞膜を横切るイオンの流れによって、グリアのpH変化が生じると考えられるが、pH変化に特に重要なチャネルやトランスポーターを同定しつつある。電気生理学実験とともに、上記、遺伝子改変マウスからの光計測を使って、各種イオンの流れとグリア細胞内pH変化を実測することを目指している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、１）急性脳スライス標本を用いた電気生理学実験、２）生きたままの動物からの光計測実験、および、３）動物が行動学習している最中での光刺激実験、の３つの実験を行っている。特に、２）については、グリア細胞の活動を光計測するために、新たな遺伝子改変マウスを作製する必要があったが、動物の作製には、CRISPR/Cas9方式を利用したため、従来より、はるかに早く、動物を作製することができた。また、作製した最初のマウスでは、pHセンサータンパク質が凝集する傾向があることが分かったため、すぐさま、改良型のタンパク質を発現する遺伝子改変動物を設計して、現在、作製している最中である。また、急性スライス標本および生きているマウスからの光ファイバーイメージングを行う工夫も済ませており、動物ができ次第、すぐにでも高精度の光計測が可能になると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、まずは、上記、遺伝子改変マウスを使って、急性スライス標本を作製し、細胞内pH計測を高精度に行うための条件検討を進める。引き続き、生きているマウスの頭蓋骨に小さな窓を開け、そこに光ファイバーを通すことで、覚醒時行動中のマウスのグリア細胞内イオン濃度変動を実測することに挑戦する。また、単に自由行動下でのアストロサイトpHを測定するだけでなく、学習課題を遂行中でのpH計測も目指す。これまでのChR2やArchTのようにアストロサイト内のpHを人為的に操作する手段に加えて、アストロサイト内pHの実測できるようになれば、アストロサイトpHの機能的な意味を理解することができるようになると考えられる。
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| Causes of Carryover |
当初考えていたより少ない日数で用務をこなすことができたため、出張日数が短く済み、その分の差額が生じたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当該助成金の研究課題の進捗発表とさらなる関連分野の情報収集のため、上記とは別の出張の費用に、上記未使用金を平成28年度分の補助金もしくは基金と合わせて使用する。
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Research Products
(12 results)
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[Journal Article] Unveiling astrocytic control of cerebral blood flow with optogenetics.2015
Author(s)
Masamoto K, Unekawa M, Watanabe T, Toriumi H, Takuwa H, Kawaguchi H, Kanno I, Matsui K, Tanaka KF, Tomita Y, Suzuki N
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 5
Pages: 11455
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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