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2018 Fiscal Year Annual Research Report

ウルトラディアンカルシウムリズムの発生と制御メカニズムの全容解明

Publicly Offered Research

Project AreaNon-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature
Project/Area Number 18H04927
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

榎木 亮介  北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (00528341)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Keywordsウルトラディアンリズム / 生物時計 / 概日リズム / 室傍核 / 傍室傍核領域 / 神経ネットワーク / イメージング / カルシウム
Outline of Annual Research Achievements

哺乳類の約24時間の概日リズムの中枢は,脳深部の視床下部にある視交叉上核に存在し,網膜を介して光情報を受けて固有の周期を24時間に調節し,全身の細胞や臓器に統一のとれたリズム情報を伝達している。近年の研究により,概日リズムを生み出す分子や細胞レベルでのメカニズムが次第に明らかとなってきた。一方で,哺乳類の生体内では,レム-ノンレム睡眠サイクルやホルモン分泌など,様々な生理機能に数十分~数時間の短い周期のウルトラディアンリズムが観察されることが知られている。しかし,これまでウルトラディアンリズムを長期的・高精細に計測するよい方法がなく,ウルトラディアンリズムを生成する脳の領域がどこにあるのかは長く不明であった。
本研究では,視交叉上核とその周辺領域を含む組織を長期間培養し,緑色蛍光タンパク質からなる遺伝子コード型カルシウムセンサーをアデノ随伴ウイルスの感染発現により多数の神経細胞に発現させ,概日リズム中枢を含む複数の脳領域の神経細胞から,細胞内カルシウム濃度変化を指標に神経細胞の活動を数日間測定することを試みた。その結果,視交叉上核の主な神経投射先である室傍核と傍室傍核領域の多数の神経細胞において,30分~4時間周期で同期する新規の細胞内カルシウムのウルトラディアンリズムを見いだした。室傍核と傍室傍核領域には,様々なホルモンを産生する神経細胞が存在していることが知られており,さらにこの脳部位は他の脳領域へと投射して体温や睡眠サイクルを調節する中枢領域へと情報を伝えていると推察されていることから,本研究で見いだしたウルトラディアンリズムは生体の様々な生理機能のリズムを制御している可能性がある。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

これまでに,室傍核と傍室傍核領域の多数の神経細胞において,30分~4時間周期で同期する新規の細胞内カルシウムのウルトラディアンリズムを見いだした。このリズムは室傍核と傍室傍核領域のみを単離した組織でも観察されることから,この部位がウルトラディアンリズムの発生源であることがわかった。さらに,神経細胞ネットワークのミリ秒スケールの早い神経細胞の同期活動がウルトラディアンリズムを生み出すことや,興奮性と抑制性の神経伝達物質のバランスによりウルトラディアンリズムが制御されていることもわかった。本研究成果は中国復旦大学との共同研究として進め、PNAS誌に報告した。

Strategy for Future Research Activity

細胞内カルシウムの他、様々な機能プローブを発現させるためのアデノ随伴ウイルスを作成し、培養スライスでの発現の確認を行っており、今後は多機能の可視化解析によりリズム発生の詳細なメカニズムを解明する。さらに現在は成獣の生体内での存在と機能を検証をすべく研究を進めており、そのために必要なマウス行動測定装置を設置し、マウス頭部に装着できる小型顕微鏡の構築と動作確認を行っている。また脳深部への局所ウイルス感染によるカルシウムセンサーを発現させることを試みている。

  • Research Products

    (19 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Ultradian calcium rhythms in the paraventricular nucleus and subparaventricular zone in the hypothalamus2018

    • Author(s)
      Wu Yu-Er、Enoki Ryosuke、Oda Yoshiaki、Huang Zhi-Li、Honma Ken-ichi、Honma Sato
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 115 Pages: E9469~E9478

    • DOI

      10.1073/pnas.1804300115

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生物時計中枢の光イメージング解析2019

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      ニコン顕微鏡イメージングフォーラム(品川, 東京)
    • Invited
  • [Presentation] 時を刻む脳 ~生物時計中枢を司る神経回路の光イメージング解析~2019

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      生理学研究所、所長招聘セミナー(岡崎市、愛知県)
    • Invited
  • [Presentation] Optical imaging of circadian calcium rhythm in a solitary suprachiasmatic neuron2019

    • Author(s)
      Yoshihiro Hirata, Ryosuke Enoki, Kaori Kuribayashi-Shigetomi, Yoshiaki Oda, Sato Honma, Ken-ichi Honma
    • Organizer
      第9回アジア・オセアニア生理学会連合2019年大会(FAOPS2019)(神戸、兵庫県)
  • [Presentation] Ultradian Calcium Rhythms in the PVN and SPZ in the Hypothalamus2019

    • Author(s)
      Ryosuke Enoki, Yu-Er Wu, Yoshiaki Oda, Zhi-Li Huang, ,Ken-ichi Honma, Sato Honma
    • Organizer
      第9回アジア・オセアニア生理学会連合2019年大会(FAOPS2019)(神戸、兵庫県)
  • [Presentation] 生物時計中枢を司る神経回路の光イメージング解析2019

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      北海道大学電子科学研究所・研究交流会(北海道、札幌)
  • [Presentation] 視床下部の室傍核及び傍室傍核領域におけるウルトラディアンカルシウムリズム2018

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      新学術領域オシロロジー領域会議(一橋講堂)(千代田区、東京)
  • [Presentation] 時を刻む脳 ~生物時計中枢における神経回路の光イメージング解析~2018

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      生理学会北海道地方会総会(北海道、札幌)
    • Invited
  • [Presentation] 視床下部の室傍核及び傍室傍核領域におけるウルトラディアンカルシウムリズム2018

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      アライアンスG3分科会(東京工業大学)(町田、東京)
  • [Presentation] マイクロパターン基板を用いた視交叉上核単一ニューロンの概日振動解析2018

    • Author(s)
      平田快洋、榎木亮介、繁富(栗林)香織、織田義晃、本間さと、本間研一
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第 38 回研究会 CHEMINAS 38th(札幌市交流プラザ)(北海道、札幌)
  • [Presentation] lluminating Neuronal Circuits Controlling Circadian and Ultradian Rhythms in Mammals2018

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      International Meeting on Bioimaging for Young Researchers, Chanpuru, OIST(恩納村、沖縄)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高速蛍光イメージングを用いた概日時計中枢神経細胞の概日Ca2+リズム形成機構の解析2018

    • Author(s)
      織田善晃 、榎木亮介、高須奈々、中村渉、本間研一、本間さと
    • Organizer
      西日本生理学会(北九州国際会議場)(北九州、福岡)
  • [Presentation] 時を刻む脳 ~生物時計中枢神経回路の光イメージング解析~2018

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      金沢大学統合神経生理学セミナー(金沢、石川県)
    • Invited
  • [Presentation] Ultradian Calcium Rhythms in the Paraventricular Nucleus and Subparaventricular Zone in the Hypothalamus2018

    • Author(s)
      Ryosuke Enoki
    • Organizer
      Sapporo Symposium on Biological Rhythms (Sapporo, Hokkaido)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 生物時計の光イメージングで生きる道(ニッチ)を探る2018

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      細胞構成研究会2018(北海道大学)(札幌、北海道)
  • [Presentation] 視床下部ウルトラディアンカルシウムリズムの発生機序2018

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      NanoBio 第 11 回若手ネットワーキングシンポジウム (北海道大学)(札幌、北海道)
  • [Presentation] ウルトラディアンカルシウムリズムの 発生と制御メカニズムの全容解明2018

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      新学術領域オシロロジー班会議(函館、北海道)
  • [Presentation] 生物時計中枢を司る神経細胞ネットワークの可視化解析2018

    • Author(s)
      榎木亮介
    • Organizer
      第8回物質・デバイス領域共同研究拠点活動報告会及び平成29年度ダイナミック・アライアンス成果報告会(北海道大学)(札幌、北海道)
  • [Remarks] 光を駆使して神経細胞の機能を探る

    • URL

      https://www.enokiryosuke.com

URL: 

Published: 2019-12-27  

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