淡蒼球外節ニューロンの聴覚応答と基底核回路に与える影響の解析

• Project/Area Number: 18K06532
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46030:Function of nervous system-related
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: 平井 康治 同志社大学, 研究開発推進機構, 助教 (30648431)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2018: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 大脳基底核 / 淡蒼球外節 / ラット / 電気生理学 / 聴覚

Outline of Annual Research Achievements

大脳基底核の活動に聴覚情報がどのように関わっているかを解析する為に、淡蒼球外節ニューロンのサブタイプや細胞位置（皮質線条体投射のトポグラフィ―との関係）に着目してそれぞれがどのような音応答を示すかの調査を行った。ウレタン麻酔したLong-Evansラットの淡蒼球外節ニューロンから細胞外ユニット活動を記録し、同時に大脳皮質運動野と聴覚野から局所電位を記録した。脳波パターンからラットの覚醒状態を徐波睡眠期とレム睡眠期に区分し、それぞれの状態で淡蒼球外節ニューロンの自発活動、音応答、皮質局所電位との関係を調査した。ユニット記録終了後、傍細胞染色により記録細胞を標識し、実験終了後に脳を固定、薄切切片を作成して組織化学的手法によるニューロンサブタイプの同定と樹状突起・軸索の可視化を行った。
淡蒼球外節における音応答は、大脳皮質聴覚野からの皮質下投射線維が通過する尾側領域においてのみみられ、吻側領域では神経活動パターンに明確な変化は見られなかった。淡蒼球外節ニューロンの音応答は興奮性であった。これは一般的に考えられている大脳皮質投射細胞（興奮性）－線条体投射細胞（抑制性）－淡蒼球外節の経路から考えられる応答とは異なっており、近年いくつか報告が見られる大脳皮質から淡蒼球外節への直接入力と思われた。視床や下丘など、その他の聴覚関連皮質下領域からの興奮性入力の可能性もあるため、今後は淡蒼球外節の音応答領域の入出力ターゲットを解剖学的手法も用いて明らかにしていく。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

今年度は研究代表者が健康上の理由により半年程実験を行うことが出来ず、更に復帰後にも実験装置の不具合や機器の納入遅れが生じ、予定していたin vivo実験記録のデータ収集が大幅に遅れてしまった。実験装置の不具合は音刺激関係であったので、聴覚応答の調査を除いた一連の実験プロセスを主に運動関連領域の淡蒼球外節ニューロンで実施し、解析用プログラムの整備を行いながら、得られた記録からこれまでに報告されている淡蒼球外節ニューロンの性質が実際に見出せることの確認を行うなどした。また、次に実施予定だった神経トレーサー／AAVウイルスを用いた解剖学的な調査の準備を行い、電気活動記録と並行して実験を開始した。現時点で問題は解決しており、電気生理記録のデータ数の蓄積を進めている。

Strategy for Future Research Activity

本研究計画で得られる主たる知見である『淡蒼球外節ニューロンの音応答』の記録細胞数を早急に拡充する。当初計画では、電気活動記録後に記録細胞のサブタイプを免疫組織化学法により同定し、続いて樹状突起や軸索を可視化させた明視野標本を作製し、それぞれの細胞の形態と軸索投射領域の解析も行う予定だった。しかしながら、ユニット活動記録後の傍細胞染色では遠距離の投射軸索まで鮮明に可視化するのは難しく、解析に耐えうる標本を十分数揃えるのは非常に多くの時間を要する。そこで、組織処理は免疫組織化学法によるニューロンサブタイプ同定までを想定し、細胞体が可視化できる程度の傍細胞染色を、1匹の動物からなるべく多く行う方針に変更する。軸索の投射先の解析はAAVウイルス注入により数個の細胞を可視化することによって、細胞集団として解析する。傍細胞染色によるサブタイプ同定した細胞単位での軸索追跡が行えなくなるので、Cre-loxPシステムを利用して、特定のサブタイプのみに蛍光遺伝子を発現させる手法をとる。淡蒼球外節ニューロンの一部サブタイプにCreを発現している遺伝子改変したLong-Evansラットを研究室で飼育中であるので、軸索追跡実験にはこちらも利用していく。ウイルスを用いた実験は当初計画で最後に予定していた光遺伝学による神経活動操作に必要な手法でもあるので、その準備も兼ねることで、実験計画の遅れを取り戻せるようにする。