アストロサイトによる体温調節機序の解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integrative understanding of biological phenomena with temperature as a key theme
• Project/Area Number: 16H01383
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 田中 光一 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (80171750)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: アストロサイト / 体温調節 / グリア

Outline of Annual Research Achievements

体温調節に関与する神経回路に比べ、アストロサイト回路の研究は少ない。近年、アストロサイトが主体的に体温調整に関与していることが報告された。しかし、どの脳部位のアストロサイトが、どのような機序で体温調節に関与しているのか、不明である。
申請者は、最近、intersectional approachを用い、特定の脳領域のアストロサイトのみの細胞内カルシウムイオン濃度を人工リガンドで増加できるツールを開発した。本研究では、まず、このツールを用い、どの脳部位のアストロサイト内カルシウムイオン濃度の上昇が体温調節に関与するのかを明らかにする。次に、同定した脳部位にマイクロダイアリシスプローブを置き、その部位のアストロサイト内カルシウムイオン濃度を上昇させた際にアストロサイトから放出されるグリア伝達物質を同定し、それが作用する神経細胞を明らかにする。本年度は、どの脳部位のアストロサイトが体温調節に関与しているかを明らかにするため、視索前野・視床下部背内側部と中隔のアストロサイトのみ(Nkx2.1-Cre)、視床より尾側のアストロサイト（視索前野・視床下部背内側部のアストロサイトは含まないが淡蒼縫線核・脊髄のアストロサイトは含む、foxb1-Cre）のみに、Creが発現しているCreマウスとMlc1-tTAマウス (アストロサイト特異的にtTAを発現)及びtetO-FLEX-hM3Dqマウスを交配し、脳部位特異的にhM3Dqをアストロサイトに発現させるマウスを作製した。上記2系統のマウスに人工リガンドCNO(3 mg/kg)を投与したところ、foxb1由来のアストロサイトを活性化しても体温に変化は見られなかったが、Nkx2.1由来のアストロサイトを活性化すると、体温の上昇が観察された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

体温調節に関与するアストロサイトの脳部位を、視索前野と同定することに成功したので。

Strategy for Future Research Activity

体温低下に関与するグリア伝達物質の同定とそれが作用する神経細胞の同定
1. 体温低下に関与するグリア伝達物質の同定
体液のpHの低下は脳幹のアストロサイトで感知され、アストロサイト内のカルシウムイオン濃度を上昇させ、アストロサイトからATPが放出され、周囲の神経細胞を興奮させ、呼吸を促進することが示されている(Science 329:571, 2010)。アストロサイトから放出されるグリア伝達物質としては、グルタミン酸・GABA・ATP・D-セリンが報告されている。人工リガンドの投与により体温低下を示すマウスを用い、平成28年度に同定した体温低下に関与するアストロサイトの局在する脳部位にマイクロダイアリシス用のプローブを置き、CNO投与前後でのグルタミン酸・GABA・ATP・D-セリン濃度を測定し、体温低下に関与するグリア伝達物質を同定する。

2.グリア伝達物質が作用し体温低下に関与する神経細胞の同定
人工リガンドの投与により体温低下を示すマウスを用い、体温低下に関与するアストロサイトの局在する脳部位のスライス標本を作製し、膜電位感受性色素を用いCNO投与により膜電位変化を示す神経細胞群を同定する。さらに、同定した神経細胞群の膜電位変化が、同定したグリア伝達物質受容体の阻害剤カクテルで、阻害されることを確認する。受容体サブタイプ特異的阻害剤を用いることにより、体温低下に関与する神経細胞に発現する受容体サブタイプを同定する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The University of Edinburgh/Heriot-Watt University(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: The University of Edinburgh/Heriot-Watt University
• [Int'l Joint Research] Johns Hopkins University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Johns Hopkins University
• [Int'l Joint Research] Centre for Brain Development and Repair(インド)
  • Country Name: INDIA
  • Counterpart Institution: Centre for Brain Development and Repair
• [Journal Article] Regulation of visual Wulst cell responsiveness by imprinting causes stimulus-specific activation of rostral cells. (2017)
  • Author(s): Nakamori T, Kato T, Sakagami H, Tanaka K, Ohki-Hamazaki H.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 7 Pages: 42927
  • DOI: 10.1038/srep42927.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Association of impaired neuronal migration with cognitive deficits in extremely preterm infants. (2017)
  • Author(s): Kubo K, Deguchi K, Nagai T, Ito Y, Yoshida K, Endo T, Benner S, Shan W, Kitazawa A, Aramaki M, Ishii K, Shin M, Matsunaga Y, Hayashi K, Kakeyama M, Tohyama C, Tanaka KF, Tanaka K, Takashima S, Nakayama M, Itoh M, Hirata Y, Antalffy B, Armstrong DD, Yamada K, Inoue K, Nakajima K
  • Journal Title: JCI Insight Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Posterior cerebellar Purkinje cells in an SCA5/SPARCA1 mouse model are especially vulnerable to the synergistic effect of loss of β-III spectrin and GLAST. (2016)
  • Author(s): Perkins EM, Suminaite D, Clarkson YL, Lee SK, Lyndon AR, Rothstein JD, Wyllie DJ, Tanaka K, Jackson M.
  • Journal Title: Hum Mol Genet. Volume: 25 Pages: 4448-4461
  • DOI: 10.1093/hmg/ddw274.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of geranylgeranylacetone on the protection of retinal ganglion cells in a mouse model of normal tension glaucoma. (2016)
  • Author(s): Dong Z, Shinmei Y, Dong Y, Inafuku S, Fukuhara J, Ando R, Kitaichi N, Kanda A, Tanaka K, Noda K, Harada T, Chin S, Ishida S.
  • Journal Title: Heliyon Volume: 2 Pages: e000191
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2016.e00191
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Gene cassette knock-in in mammalian cells and zygotes by enhanced MMEJ. (2016)
  • Author(s): Aida T, Nakade S, Sakuma T, Izu Y, Oishi A, Mochida K, Ishikubo H, Usami T, Aizawa H, Yamamoto T, Tanaka K.
  • Journal Title: BMC Genomics Volume: 17 Pages: 979
  • DOI: 10.1186/s12864-016-3331-9
  • Peer Reviewed / Open Access