Elucidation of neural mechanisms underlying somatosensory processing for motor control

• Project/Area Number: 17J05310
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Developmental mechanisms and the body works (A)
• Research Institution: National Center of Neurology and Psychiatry
• Principal Investigator: 窪田 慎治 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 モデル動物開発研究部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 感覚ゲーティング / シナプス前抑制 / 延髄楔状束核 / 脊髄後根神経節細胞 / 光遺伝学

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、随意運動の制御に体性感覚情報が果たす役割及びその情報処理を担う神経基盤を明らかにすることである。最終年度である本年度は、脳深部に位置する延髄楔状束核の神経活動を記録するための頭部チャンバを留置し、その神経活動を記録した。これまでに得られた実験データから、延髄楔状束核の神経細胞は、末梢神経からの求心性入力を直接受ける単シナプス性の反応だけでなく、介在ニューロンを介した多シナプス性の入力応答があること、同定した神経細胞は皮膚や筋に由来する複数の感覚モダリティから入力を受けることなど、楔状束核の活動特性を明らかにすることができている。覚醒下の動物から延髄楔状束核の単一細胞レベルの神経活動を記録した報告はこれまでになく、本研究結果は、従来、単に末梢からの感覚情報の中継を行っていると考えられていた楔状束核が、運動に応じてダイナミックに変化していることを示す重要な発見であった。
また、光遺伝学を用いて末梢神経の活動を神経線維type選択的に操作する手法の開発を行い、光刺激によって皮膚感覚及び固有感覚に由来する神経線維の選択的な賦活化に成功し、その誘発される神経活動の電気生理学的特性を明らかにすることができている。本年度は、これらの結果をまとめ投稿した論文が国際誌に受理（Kubota et al., J Physiol 2019）された。さらに、マカクサルにおいても齧歯類と同様に末梢神経へウイルスベクターを注入することで脊髄後根神経節細胞に遺伝子導入が可能なこと、また末梢神経の活動を光刺激によって誘発可能なことが確認できている。霊長類において、光遺伝学による末梢神経活動の操作の実現可能性を示した本研究結果は、基礎研究のみならず末梢感覚神経障害に対する遺伝子治療などへの応用につながる重要な成果であった。
以上の結果から、本研究課題は概ね順調に進展したと判断する。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Optogenetic recruitment of spinal reflex pathways from large‐diameter primary afferents in non‐transgenic rats transduced with AAV9/Channelrhodopsin 2 (2019)
  • Author(s): Kubota Shinji、Sidikejiang Wupuer、Kudo Moeko、Inoue Ken‐ichi、Umeda Tatsuya、Takada Masahiko、Seki Kazuhiko
  • Journal Title: The Journal of Physiology Volume: 597 Issue: 19 Pages: 5025-5040
  • DOI: 10.1113/jp278292
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Optogenetic activation of cutaneous and proprioceptive afferent in the rat sciatic nerve (2018)
  • Author(s): Kubota S, Sidikejiang W, Kubo M, Inoue K, Umeda T, Takada M, Seki K.
  • Organizer: Neuroscience 2018
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 触覚・筋感覚に関わる感覚神経の活動を光刺激によって選択的に 活性化させることに成功
  • URL: https://www.ncnp.go.jp/press/release.html?no=486