2021 Fiscal Year Annual Research Report
Brain wide decoding of astrocyte activity during distinct adaptive behaviors
Publicly Offered Research
| Project Area | Glia decoding: deciphering information critical for brain-body interactions |
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| Project/Area Number |
21H05640
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
長井 淳 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (60892586)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Keywords | グリア / アストロサイト / 神経 / 行動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中枢神経系全体に存在するグリアの一種アストロサイトは、動物行動に応じて活動を変化させることが知られている。しかし、具体的にどの部位のアストロサイトがいつ・どこで活動を示すかについて、特に全脳レベルの解析は未だ成されていない。本研究課題は、環境適応アッセイを用いることにより、環境適応パターン別のアストロサイト活動をマッピングし操作することにより、その機能的意義を明らかにすることを目的としている。この目的を達成するために、ウイルス遺伝工学や薬理遺伝学的手法を基軸に、マウス行動試験、免疫組織学を組み合わせたアプローチを採用している。初年度は、特に前頭前皮質に依存した行動の柔軟性に焦点をおき研究を進めた。（１）前頭前皮質におけるアストロサイト特異的プロモーターGfaABC1Dによるアストロサイト特異的なAAV遺伝子導入を確認した。アストロサイトGPCR/calciumシグナル刺激ツールとしてDREADD、calcium低減ツールとしてhuman plasma membrane calcium pump variant w/b（hPMCAw/b）の前頭前皮質における動作確認を行なった。（２）前頭前皮質アストロサイト特異的なDREADD刺激によって、前頭前皮質アストロサイトのみならず、前頭前皮質投射先の脳領域におけるアストロサイトの活性化が引き起こされることを見出した。（３）行動柔軟性を検証する逆転学習試験の構築に着手した。これらの知見は次年度に行う、前頭前皮質アストロサイト特異的な操作がもたらす逆転学習への影響の検証およびその制御メカニズムの解明に向けた重要な基盤となる。
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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
研究室立ち上げの初年度において、ウイルス遺伝子工学や薬理遺伝学の導入に成功し安定的に稼働させている。また、薬理遺伝学DREADD及びhPMCAw/b等アストロサイト特異的操作ツールについて、カルシウム指示薬GCaMP6fを用いて急性スライスを用いて効率良くアストロサイトシグナル変化を自動検出できるin silico解析のプラットフォームが構築完了したため、今後は神経伝達物質に対するアストロサイトカルシウムシグナルをハイスループットにデータが得られることが期待される。さらに、行動試験に関しては、多数のバッチを用いたバリデーションが完了し、逆転学習試験を評価する段階まで到達し、来年度の実験を効率よく行うパイプラインが整ったと判断し、本年度の進捗としては十分であったと評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、初年度に構築したウイルス遺伝子工学やアストロサイト特異的な活動操作ツールを駆使することによって、前頭前皮質アストロサイト特異的な操作がもたらす逆転学習への影響の検証およびその制御メカニズムの解明に向けた解析を行う。また、当研究室が開発した全脳脳細胞活動マッピングを用いて、前頭前皮質アストロサイト特異的な操作がもたらすニューロン及びアストロサイトへの影響を全脳レベルで解析する。
以上のように、環境適応パターン別のアストロサイト活動をマッピングし操作することによってその機能特性を明らかにすることを目的として、実験を進める。
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