2016 Fiscal Year Annual Research Report
Neural mechanisms underlying temporal association memory
Publicly Offered Research
| Project Area | The Science of Mental Time: investigation into the past, present, and future |
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| Project/Area Number |
16H01495
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大原 慎也 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (10570038)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 嗅内皮質 / カルビンジン陽性ニューロン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
テンポラルアソシエーションには内側嗅内皮質(MEC)のⅡ層のカルビンジン陽性ニューロン（CB+細胞）が関与することが報告されている（Kitamura et al., 2014）。本研究の目的は、外側嗅内皮質(LEC)のⅡb層（これまではⅢa層と表記）CB+細胞が形成する回路構造、及びテンポラルアソシエーションにおける機能を明らかにすることである。
これまでの研究で、MECとLECのCB+細胞が異なる投射先を持つニューロンから構成されていることが逆行性トレーシング法を用いてわかってきた（日本神経科学大会 2016, P3-201）。最も大きな割合を占めるのが領域内に投射を送るニューロンで、約50%のCB+細胞が局所回路を構成している。残りは海馬または皮質領域に出力するニューロンで、その割合はMECとLECで異なる。海馬への投射はLEC(10%以下)よりMEC(約20％)の方が多い一方、LECのCB+細胞（20-30%）は皮質領域（内側前頭前野と扁桃体）へ出力する。また、順行性トレーサーを用いた実験から、LECのCB+細胞がCA1の網状層、及び嗅内皮質表層に投射することが示唆された（北米神経科学大会 2016, 84.13）。さらに詳細にCB+細胞の入出力関係、及びその機能を調べるため、CB+細胞への遺伝子導入法の確立も試みた。これまでに2種類のアデノ随伴性ウイルスベクターとCre-loxPシステムによる『標的神経回路への選択的遺伝子導入法』を用いることでCB+細胞に目的遺伝子を導入することに成功した。
また、上述したCB+細胞以外にも、LECの深層ニューロンが形成する局所回路に着目し、Ctip2陽性細胞が分布するⅤb層がⅤa層を介して皮質領域に投射を送ること、Ⅱa/Ⅲ層を介して海馬へと入力することを明らかにした（日本神経科学大会 2016, LBA3-023）。
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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
当初の計画では、『標的神経回路への選択的遺伝子導入法』によりCB+陽性細胞を選択的に標識し、その出力層を同定する予定であった。しかし、『標的神経回路への選択的遺伝子導入法』に用いるHEP株由来の狂犬病ウイルスベクターのCB+細胞への感染力が低いという不測の事態が起きたため計画の変更を余儀なくされた。
そこで、代替えの手法として順行性トレーサー（BDA, PHA-L)を嗅内皮質Ⅱ層に限局して注入することでⅡb層に分布するCB+陽性ニューロンの投射先を同定した。また、『標的神経回路への選択的遺伝子導入法』については狂犬病ウイルスベクターの代わりに逆行性アデノ随伴性ウイルスベクターを用いることでCB+細胞に目的遺伝子を導入することに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験(1) 嗅内皮質の持続的発火活動の制御におけるⅡb層ニューロンの役割（生理学的実験）
嗅内皮質局所回路におけるⅡb層ニューロンの役割を調べるため、『標的神経回路への選択的遺伝子導入法』を用いてⅡb層ニューロンに選択的にチャネルロドプシンを発現させ、光刺激した時の嗅内皮質ニューロンの応答をパッチクランプ法により計測する。Ⅱb層ニューロンは抑制性ニューロンを介して嗅内皮質の海馬投射ニューロンの活動レベルを下げることで、テンポラルアソシエーションの神経基盤と考えられている持続的発火活動を抑えると予想される。
実験(2) テンポラルアソシエーションにおける嗅内皮質Ⅱb層ニューロンの働き（行動実験）
上記遺伝子導入法とオプトジェネティクスを利用して外側嗅内皮質Ⅱb層ニューロンの活動を操作し、その時の行動課題（痕跡条件づけ）への影響を調べることで、テンポラルアソシエーションへの影響を調べる。Ⅱb層ニューロンを刺激することで、嗅内皮質の活動レベルが抑制され、課題成績が低下すると予想される。
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[Presentation] Efferent projections of the calbindin-positive entorhinal neurons in the rat: Connectional differences between the medial and lateral entorhinal cortex.2016
Author(s)
Ohara S., Itou K., Shiraishi M., Gianatti M., Sota Y., Kabashima S., Onodera M., Tsutsui K-I., Witter, M., Iijima T.
Organizer
46th Annual meeting of the Society for Neuroscience
Place of Presentation
San Diego Convention Center, San Diego, USA
Year and Date
2016-11-12 – 2016-11-12
Int'l Joint Research
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[Presentation] Connectional differences between calbindin positive neurons in the medial and lateral entorhinal cortex of the rat.2016
Author(s)
Ohara S., Itou K., Shiraishi M., Gianatti M., Sota Y., Kabashima S., Onodera M., Tsutsui K-I., Witter, M., Iijima T.
Organizer
The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
Place of Presentation
パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
Year and Date
2016-07-22 – 2016-07-22
Int'l Joint Research
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