Optogenetic manipulation of spinal local circuit which modulate pain/itch transmission

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26670289
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 八坂 敏一 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 准教授 (20568365)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 園畑 素樹 佐賀大学, 医学部, 准教授 (50304895)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 疼痛学 / 痒み / オプトジェネティクス（光遺伝学） / 脊髄後角 / 局所回路

Outline of Annual Research Achievements

脊髄後角細胞は皮膚感覚を脳に中継する。この役割を直接担う投射細胞の数は非常に少なく、多くの脊髄後角細胞は介在ニューロンである。しかし介在ニューロンも１次求心性線維の主な標的であり、脊髄後角で局所回路を構築して投射細胞への入力を修飾し、脳へ伝わる情報を調節していると考えられている。本研究の目的は、脊髄後角局所回路の各介在ニューロンの役割を明らかにすることである。そのため、（１）脊髄後角に存在する様々な介在ニューロンに対して光遺伝学的手法を用いてマニピュレートし、局所回路出力に対する影響を調べ、その役割を明らかにする。また、（２）特定のインターニューロンをパッチクランプ法により電気生理学的に記録し、同時に記録した細胞を染色して、記録した細胞が局所神経回路においてどのような役割をしているかを解剖学的特徴から推測する。
今年度より鹿児島大学に赴任した。この際佐賀大学からの遺伝子改変マウスの移動を行うことに困難が生じた。鹿児島大学にこれらのマウスを導入するためには鹿児島大学での遺伝子組み換え実験申請、動物実験申請が必要であり、それらの審査を経て動物の移動が可能となるが、その間佐賀大学でマウスを維持することができなかった。したがって、鹿児島大学で審査を受けた後、マウスを凍結胚から復元する工程を繰り返さざるを得ない状況となった。
光遺伝学実験に用いるためのマウスを復元させ、繁殖させるにはどうしても時間が必要である。そのためその間パッチクランプ法で個々のニューロンを記録・可視化して局所回路を解剖学的に調べる実験を行った。その結果本研究でターゲットとしているパルブアルブミンニューロンが、興奮性インターニューロンで、投射細胞への局所神経回路の出力を担うと考えられているVertical cellに対して抑制をかけていることが明らかとなった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] グラスゴウ大学(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: グラスゴウ大学
• [Int'l Joint Research] ニューカッスル大学(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: ニューカッスル大学
• [Int'l Joint Research] ハーバード大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ハーバード大学
• [Presentation] 脊髄後角インターニューロンの多様性と局所神経回路における役割 (2017)
  • Author(s): 八坂敏一
  • Organizer: 平成28年度生理学研究所研究会「痛みの理解を目指した先端的アプローチ」
  • Place of Presentation: 自然科学機構岡崎コンファレンスセンター（愛知県・岡崎市）
  • Year and Date: 2017-01-30 – 2017-01-31
  • Invited
• [Presentation] 脊髄後角局所神経回路の抑制性調節に関する研究 (2016)
  • Author(s): 八坂敏一，David I Hughes，園畑素樹，Andrew J Todd，原博満
  • Organizer: 第9回日本運動器疼痛学会
  • Place of Presentation: 御茶ノ水ソラシティカンファレンスセンター（東京都・千代田区）
  • Year and Date: 2016-11-26 – 2016-11-27
• [Presentation] Parvalbumin-Expressing Interneurons In The Mouse Spinal Dorsal Horn Gate Low Threshold Mechanoreceptive Input To Lamina I (2016)
  • Author(s): Yasaka T, Boyle K, Graham B, Hughes D
  • Organizer: The 16th World Congress on Pain
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-09-26 – 2016-09-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Possible Contribution Of The C-Type Lectin Receptor, Mincle, To Induction Of Neuropathic Pain After Peripheral Nerve Injury In Mice (2016)
  • Author(s): Ishikawa A, Yasaka T, Miyake Y, Murata Y, Sasaguri T, Yamasaki S, Hara H, Yoshida H, Hirakawa N
  • Organizer: The 16th World Congress on Pain
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-09-26 – 2016-09-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Constitutive Control Of Pain Sensitivity In Physiological And Pathological Condition By Interleukin-27 In Mice (2016)
  • Author(s): Sasaguri T, Yasaka T, Ishikawa A, Murata Y, Hara H, Yoshida H, Hirakawa N
  • Organizer: The 16th World Congress on Pain
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-09-26 – 2016-09-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mincle (macrophage inducible C-type lectin) ノックアウトマウスの疼痛行動解析 (2016)
  • Author(s): 石川亜佐子、八坂敏一、平川奈緒美、村田祐造、原博満、吉田裕樹
  • Organizer: 第63回日本麻酔科学会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2016-05-26 – 2016-05-28
• [Presentation] 脊髄疼痛誘導サイトカインにはC型レクチンが必要である (2016)
  • Author(s): 石川亜佐子、八坂敏一、笹栗智子、平川奈緒美、村田祐造、三宅靖延、山崎晶、原博満、吉田裕樹
  • Organizer: 第81回インターフェロン・サイトカイン学会学術集会
  • Place of Presentation: 長崎大学坂本キャンパス良順会館・ポンペ会館（長崎県・長崎市）
  • Year and Date: 2016-05-13 – 2016-05-14
• [Presentation] 痛み行動におけるIL-27の役割 (2016)
  • Author(s): 笹栗智子、八坂敏一、石川亜佐子、村田祐造、原博満、平川奈緒美、吉田裕樹
  • Organizer: 第81回インターフェロン・サイトカイン学会学術集会
  • Place of Presentation: 長崎大学坂本キャンパス良順会館・ポンペ会館（長崎県・長崎市）
  • Year and Date: 2016-05-13 – 2016-05-14