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2020 Fiscal Year Annual Research Report

内側中隔ー海馬ー視床下部の多領域連関による脳情報動態制御機構の解明

Publicly Offered Research

Project AreaBrain information dynamics underlying multi-area interconnectivity and parallel processing
Project/Area Number 20H05061
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

山中 章弘  名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (60323292)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Keywords視床下部 / 光遺伝学 / メラニン凝集ホルモン産生神経 / アセチルコリン作動性神経 / 内側中隔 / 遺伝子改変動物 / アデノ随伴ウイルスベクター
Outline of Annual Research Achievements

視床下部のメラニン凝集ホルモン(MCH)神経は、レム睡眠中に高い活動を示す。MCH神経は、幅広い脳領域に投射しているが、海馬や内側中隔に特に密に投射している。これまでの研究によってMCH神経を脱落させると記憶力が向上すること、逆に活性化すると、レム睡眠が増加して記憶力が低下する作用があることを見いだしている (Izawa et al., Science 2019)。MCH神経は、海馬だけでなく内側中隔にも密に投射し、内側中隔に存在するアセチルコリン作動性神経も、海馬に密に投射しており、海馬においてシータ波生成に関わっているとされている。これまでの研究から、内側中隔のアセチルコリン作動性神経を脱落させると、MCH神経脱落と同様の記憶の向上が認められたことから、視床下部-内側中隔-海馬間において、何らかの機能連関が存在し、睡眠覚醒状態に応じた脳情報動態の制御が行われている可能性が示唆された。そこで、MCH神経が内側中隔のアセチルコリン作動性神経(MS-ChAT神経)にどのように作用しているのかについて、光遺伝学を用いた解析によって明らかにした。MCH神経特異的にチャネルロドプシン2を発現するマウスとアセチルコリン作動性神経特異的にCreリコンビナーゼを発現するマウスを交配させ、そのマウスにCre依存的に赤色蛍光タンパク質tdTomatoを発現するアデノ随伴ウイルスベクターを内側中隔に局所注入して感染させた。アセチルコリン作動性神経だけがtdTomatoを発現して赤色蛍光を発するため、脳スライス標本を作成し、蛍光顕微鏡下において同定して活動記録誌ながら、MCH神経軸索末端を光遺伝学を用いて活性化させたところ、MCH神経軸索末端の活性化によって、活動電位が発生することを見いだした。このことからMCH神経がMS-ChAT神経に入力して活性化させることが明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

電気生理学と光遺伝学を用いた解析によって、メラニン凝集ホルモン産生神経が、内側中隔のアセチルコリン作動性神経に直接入力して活性化させることを見いだした。これによって、視床下部、内側中隔がどのように機能連関するのかについて有用な情報が得られた。

Strategy for Future Research Activity

視床下部、内側中隔、海馬が機能連関することを明らかにするために、内側中隔のアセチルコリン作動性神経を光遺伝学や化学遺伝学を用いて操作し、海馬機能をどのように変化させるかについて解析する。海馬にシリコンプローブを刺入し、海馬の電気活動を記録しながら、内側中隔のアセチルコリン作動性神経活動を操作することを試みる。また、MCH神経や内側中隔のアセチルコリン作動性神経への入力系路を明らかにするために経シナプス逆行性標識が可能な狂犬病ウイルスベクターを用いた解析を行う。

  • Research Products

    (28 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (15 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 8 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 11 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] SRI International(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      SRI International
  • [Journal Article] Hypothalamic perifornical Urocortin-3 neurons modulate defensive responses to a potential threat stimulus.2021

    • Author(s)
      *Horii-Hayashi N, Nomoto K, Endo N, Yamanaka A, Kikusui T, Nishi M.
    • Journal Title

      iScience

      Volume: 24 Pages: 101908

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.101908.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The impacts of age and sex in a mouse model of childhood narcolepsy.2021

    • Author(s)
      Coffey AA, Joyal AA, Yamanaka A, *Scammell TE.
    • Journal Title

      Front Neurosci

      Volume: 15 Pages: 644757

    • DOI

      10.3389/fnins.2021.644757

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Involvement of A13 dopaminergic neurons located in the zona incerta in nociceptive processing: a fiber photometry study.2020

    • Author(s)
      *Moriya S, Yamashita A, Masukawa D, Setoyama H, Hwang Y, Yamanaka A, Kuwaki T.
    • Journal Title

      Mol Brain

      Volume: 13 Pages: 60

    • DOI

      10.1186/s13041-020-00600-w.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dual orexin and MCH neuron-ablated mice display severe sleep attacks and cataplexy.2020

    • Author(s)
      Hung CJ, Ono D, Kilduff TS, *Yamanaka A.
    • Journal Title

      eLife

      Volume: - Pages: 9

    • DOI

      10.7554/eLife.54275.

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Orexin signaling in GABAergic lateral habenula neurons modulates aggressive behavior in male mice.2020

    • Author(s)
      Flanigan ME, Aleyasin H, Li L, Burnett CJ, Chan KL, LeClair KB, Lucas EK, Matikainen-Ankney B, Durand-de Cuttoli R, Takahashi A, Menard C, Pfau ML, Golden SA, Bouchard S, Calipari ES, Nestler EJ, DiLeone RJ, Yamanaka A, Huntley GW, Clem RL, *Russo SJ.
    • Journal Title

      Nat Neurosci

      Volume: 23 Pages: 638-650

    • DOI

      10.1038/s41593-020-0617-7.

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] VGLUT2-expressing neurons in the vestibular nuclear complex mediate gravitational stress-induced hypothermia in mice.2020

    • Author(s)
      *Abe C, Yamaoka Y, Maejima Y, Mikami T, Yokota S, Yamanaka A, Morita H.
    • Journal Title

      Commun Biol

      Volume: 3 Pages: 227

    • DOI

      10.1038/s42003-020-0950-0.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Opposing Ventral Striatal Medium Spiny Neuron Activities Shaped by Striatal Parvalbumin-Expressing Interneurons during Goal-Directed Behaviors.2020

    • Author(s)
      Yoshida K, Tsutsui-Kimura I, Kono A, Yamanaka A, Kobayashi K, Watanabe M, Mimura M, *Tanaka KF.
    • Journal Title

      Cell Rep

      Volume: 31 Pages: 107829

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2020.107829.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Green-Sensitive, Long-Lived, Step-Functional Anion Channelrhodopsin-2 Variant as a High-Potential Neural Silencing Tool.2020

    • Author(s)
      Kojima K, Miyoshi N, Shibukawa A, Chowdhury S, Tsujimura M, Noji T, Ishikita H, Yamanaka A, *Sudo Y.
    • Journal Title

      J Phys Chem Lett

      Volume: 11 Pages: 6214-6218

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c01406.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Identification of substances which regulate activity of corticotropin-releasing factor-producing neurons in the paraventricular nucleus of the hypothalamus.2020

    • Author(s)
      Mukai Y, Nagayama A, Itoi K, *Yamanaka A.
    • Journal Title

      Sci Rep

      Volume: 10 Pages: 13639

    • DOI

      10.1038/s41598-020-70481-5

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The mammalian circadian pacemaker regulates wakefulness via CRF neurons in the paraventricular nucleus of the hypothalamus.2020

    • Author(s)
      *Ono D, Mukai Y, Hung CJ, Chowdhury S, Sugiyama T, *Yamanaka A.
    • Journal Title

      Sci Adv

      Volume: 6(45) Pages: eabd0384

    • DOI

      10.1126/sciadv.abd0384

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Serotonergic projections to the orbitofrontal and medial prefrontal cortices differentially modulate waiting for future rewards.2020

    • Author(s)
      *Miyazaki K, Miyazaki KW, Sivori G, Yamanaka A, Tanaka KF, Doya K.
    • Journal Title

      Sci Adv

      Volume: 6(48) Pages: eabc7246

    • DOI

      10.1126/sciadv.abc7246.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Animal Models of Narcolepsy and the Hypocretin/Orexin System: Past, Present, and Future.2020

    • Author(s)
      Tisdale RK, Yamanaka A, *Kilduff TS.
    • Journal Title

      Sleep

      Volume: - Pages: zsaa278

    • DOI

      10.1093/sleep/zsaa278.

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Direct evidence that the brain reward system is involved in the control of scratching behaviors induced by acute and chronic itch.2020

    • Author(s)
      Setsu T, Hamada Y, Oikawa D, Mori T, Ishiuji Y, Sato D, Narita M, Miyazaki S, Furuta E, Suda Y, Sakai H, Ochiya T, Tezuka H, Iseki M, Inada E, Yamanaka A, *Kuzumaki N, *Narita M.
    • Journal Title

      Biochem Biophys Res Commun

      Volume: 534 Pages: 624-631

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2020.11.030.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Accumbal D2R-medium spiny neurons regulate aversive behaviors through PKA-Rap1 pathway.2020

    • Author(s)
      Lin YH, Yamahashi Y, Kuroda K, Faruk MO, Zhang X, Yamada K, Yamanaka A, *Nagai T, *Kaibuchi K.
    • Journal Title

      Neurochem Int

      Volume: 143 Pages: 104935

    • DOI

      10.1016/j.neuint.2020.104935.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Involvement of MCH-oxytocin neural relay within the hypothalamus in murine nursing behavior.2020

    • Author(s)
      *Kato Y, Katsumata H, Inutsuka A, Yamanaka A, Onaka T, Minami S, Orikasa C.
    • Journal Title

      Sci Rep

      Volume: 11 Pages: 3348

    • DOI

      10.1038/s41598-021-82773-5.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ナルコレプシーモデルマウスを用いた症状発現メカニズムの解明.2021

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第30回日本臨床精神神経薬理学会学術集会
    • Invited
  • [Presentation] 睡眠、概日リズムの神経制御メカニズム.2021

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      脳とこころの研究センター ウインタースクール
    • Invited
  • [Presentation] 視床下部神経細胞による睡眠覚醒調節機構.2021

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第98回日本生理学会大会
    • Invited
  • [Presentation] The role of melanin concentrating hormone-producing neurons in the regulation of sleep and memory.2020

    • Author(s)
      Yamanaka A
    • Organizer
      25th Congress of the European Sleep Research Society
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Regulation of sleep and memory by the hypothalamic neurons.2020

    • Author(s)
      Yamanaka A
    • Organizer
      Molecular Cellular Cognition Society (MCCS)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Identification of neural pathway which converts circadian rhythm to sleep/wakefulness.2020

    • Author(s)
      Yamanaka A
    • Organizer
      2020 Oriental International Sleep Medicine Summit Forum
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 睡眠覚醒と記憶の制御メカニズム.2020

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第43回日本神経科学大会
    • Invited
  • [Presentation] 視床下部神経による睡眠覚醒と記憶の制御.2020

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第31回東海睡眠障害研究会
    • Invited
  • [Presentation] he suprachiasmatic nucleus regulates wakefulness via CRF neurons in the paraventricular nucleus of the hypothalamus.2020

    • Author(s)
      Ono D, Mukai Y, Hung CJ, Chowdhury S, Sugiyama T, Yamanaka A.
    • Organizer
      第27回日本時間生物学会学術大会
    • Invited
  • [Presentation] 睡眠覚醒調節機構とその破綻による睡眠障害のメカニズム.2020

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第65回日本口腔外科学会総会・学術大会
    • Invited
  • [Presentation] Neural pathway which converts circadian rhythm to sleep/wakefulness.2020

    • Author(s)
      山中章弘
    • Organizer
      第43回日本分子生物学会年会
    • Invited
  • [Book] Optogenetics-Light-Sensing Proteins and Their Applications in Neuroscience and Beyond-Second Edition2021

    • Author(s)
      Chowdhury S, Yamanaka A*
    • Total Pages
      663
    • Publisher
      Springer
    • ISBN
      978-981-15-8762-7

URL: 

Published: 2021-12-27  

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