2014 Fiscal Year Research-status Report
延髄アストロサイトがトリガーする呼吸リズム形成メカニズムの解明
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26460311
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| Research Institution | National Hospital Organization Murayama Medical Center |
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Principal Investigator |
岡田 泰昌 独立行政法人国立病院機構村山医療センター(臨床研究センター), その他部局等, その他 (80160688)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | アストロサイト / ニューロン / 呼吸リズム形成 / 短期増強 / 脳幹 / 呼吸調節 / カルシウムイメージング / グリア細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
呼吸リズム形成のメカニズムについては、従来、ニューロンネットワークによるとするネットワーク説と、ペースメーカーニューロンの活動に牽引されることによるとするペースメーカー説とが提唱されてきたが、いずれの学説とも矛盾した実験結果が得られており、呼吸リズム形成のメカニズムは未解明であった。最近の神経科学の進歩により、グリア細胞、なかでもアストロサイトは、ニューロンと協調して脳の情報処理において重要な役割を果たしていることが明らかにされつつある。本研究では、延髄のアストロサイトが、呼吸リズム形成およびその機能増強にどのように関与しているかを解明するべく、以下の検討を行った。
（１）低酸素は頸動脈小体の興奮を介して呼吸リズム形成機構の機能を増強させるが、増強した呼吸出力は、低酸素刺激後も数分間以上持続する。この現象は、短期呼吸増強と呼ばれ、呼吸リズム形成機構を増強する重要な機能であるが、その細胞機構は不明であった。そこで、無麻酔覚醒マウスにおいて、アストロサイトの活性化を抑える薬剤arundic acidを用い、その前投与は低酸素後短期呼吸増強を抑えることから、短期呼吸増強は、少なくとも低酸素刺激による場合は、アストロサイトの活性化を介することを示した。
（２）摘出脳幹標本において、カルシウムイメージング法により各数十個のニューロンとアストロサイトの活動を計測し、計測された細胞の細胞内カルシウム濃度変化のパターンから得られた細胞をニューロンとアストロサイトに分類する方法を開発した。計測後の標本中の細胞をニューロンに特異的な抗NeuN抗体と、アストロサイトに特異的な抗S100b抗体で染め、細胞内カルシウム濃度変化のパターンによる細胞弁別法の妥当性を検討した。そのうえで、脳幹部における呼吸リズムがニューロンとアストロサイトの協調作用により形成されると考えることができ、そのモデルを提唱した。
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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
本年度は、３年計画の１年目であるが、まず短期呼吸リズム増強機構について、アストロサイトが重要な関与をしていることを証明した。また、呼吸リズム形成の細胞ネットワーク機構の解析を行っていくにあたり、カルシウムイメージングで計測された各細胞について、細胞内カルシウム濃度変化のパターンによる細胞弁別法を検討した。さらに、まだ比較的単純なものではあるが、脳幹部における呼吸リズムがニューロンとアストロサイトの協調作用により形成されるとするモデルを提唱することもできたので、初年度としては、十分な達成度と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度の成果に基づき、平成２７年度より、前吸息性アストロサイトが自律的に周期性活動を起こす機序および前吸息性アストロサイトが吸息性ニューロンのバースト活動を駆動する機序を解析するとともに、前吸息性アストロサイトが放出するグリオトランスミッターの同定を進めていく予定である。
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