| Project/Area Number |
21H05036
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section G
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
桜井 武 筑波大学, 医学医療系, 教授 (60251055)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
國松 淳 筑波大学, 医学医療系, 助教 (50632395)
佐々木 拓哉 東北大学, 薬学研究科, 教授 (70741031)
松本 正幸 筑波大学, 医学医療系, 研究員 (50577864)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥189,670,000 (Direct Cost: ¥145,900,000、Indirect Cost: ¥43,770,000)
Fiscal Year 2025: ¥32,630,000 (Direct Cost: ¥25,100,000、Indirect Cost: ¥7,530,000)
Fiscal Year 2024: ¥32,630,000 (Direct Cost: ¥25,100,000、Indirect Cost: ¥7,530,000)
Fiscal Year 2023: ¥33,540,000 (Direct Cost: ¥25,800,000、Indirect Cost: ¥7,740,000)
Fiscal Year 2022: ¥36,270,000 (Direct Cost: ¥27,900,000、Indirect Cost: ¥8,370,000)
Fiscal Year 2021: ¥54,600,000 (Direct Cost: ¥42,000,000、Indirect Cost: ¥12,600,000)
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| Keywords | 冬眠 / 体温制御 / 代謝 / 視床下部 / 低代謝 / 体温 / 神経回路 / 体温調節 / 視索前野 / 睡眠 |
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| Outline of Research at the Start |
Qニューロン誘導性低代謝の作用機構を明らかにし、Qニューロンの生体における活動様式および生理的意義を解明、およびQニューロンの発現遺伝子を明らかにし将来ヒトのQIHの誘導技術につながる知見を得ることを目指す。DMHにおけるQニューロンのターゲットニューロンを同定、Qニューロンの生理的な活動動態の解明、QIH中の意識・記憶や自律神経系機能および体内時計の機能の解析を行う。さらにQニューロンのトランスクリプトーム解析によりQニューロンを興奮させるための低分子化合物を探索する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
Qニューロンの下流ニューロンを同定をめざして、視床下部背内側核（DMH）のターゲットニューロンの同定を試みた。FosTRAP2を用いてQニューロン刺激後のFos陽性ニューロンをラベルした。このニューロンを再活性化すると予想に反して体温の上昇がみられたため、QIHによる体温低下に対応して体温を上昇させるにゅーろんをトラップしてしまっている可能性があり、外気温などの条件を検討中である。また、TRAP2もCreを用いていることから、より正確にQニューロンのターゲット細胞を同定するために、Qrfp-flpマウスの作成を進めて解析をしている。一方、Qrfp-iCreマウスのAVPeへGCaMP6をAAV-DIO-GCaMP6を投与することにより発現させ、ファイバーフォトメトリーによってQニューロンの活動の変化を明らかにした。その結果、Qニューロンは暑熱環境や、ホットプレートによる刺激により興奮することが明らかになり、体温上昇時に体温を下げて体温を正常に保つことに関与している可能性が示唆された。実際に、Qニューロンを除去したマウスにおいては、暑熱環境における体温上昇が明らかに大きく、体温制御に異常が見られた。これらのことから暑熱環境下においてQニューロンが興奮することが明らかになったため、暑熱環境においてTRAP2マウスを用いて、興奮したニューロンをAVPeおよびDMHでラベルし、再活性化することにより体温低下をもたらす神経細胞群を同定した。現在これらのニューロンの化学的性質を解析し、また、入出力系を明らかにする試みを行っている。また、前年度開発したhOPN4dCをもちいた光誘導QIHをもちいて、6日間連続のQIHと1日の回復サイクルにより2か月以上連続して冬眠様状態を維持することに成功している。睡眠や老化に与える影響を解析している。
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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
直接Qニューロンの下流に相当するDMHのターゲットニューロンの同定に想定外の難航がみられている。その反面各種生理的条件下でのQニューロンの活動変化を明らかにすることができた。また、前年度開発したhOPN4dCをもちいた光誘導QIHをもちいて、6日間連続のQIHと1日の回復サイクルにより2か月以上連続して冬眠様状態を維持することに成功しており、今後QIHによる冬眠様状態が様々な生理的状態にどのような影響を与えるかを明らかにするために大きな進展を見ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
①QIH誘導メカニズムの解明：最近開発したQrfp-FlpマウスをTRAP2マウスに掛け合わせて、Fos-TRAP法によりQニューロン刺激後にDMHのターゲットニューロンのラベルと操作を試みており、Qニューロンがどのような神経科学的メカニズムでQIHを誘導するのかを明らかにする。
②QIHが生理・神経機能にもたらす影響の解明：OPN4dCの開発により、順調に進んでいる。QIHが睡眠や記憶に及ぼす影響について検討を進めており、冬眠様状態が睡眠負債や記憶にどのような影響を与えているかを明らかにしていく。OPN4dCによるQIH誘導が睡眠、記憶や自律神経系にもたらす影響を明らかにする。QIH導入後の睡眠状態や、断眠後のQIHが睡眠にもたらす影響を脳派睡眠解析により解明する。記憶に関しては文脈による恐怖条件付けや、水迷路学習後QIHを導入し、解放後想起テストを行う。
③Qニューロンのトランスクリプトーム解析：網羅的な遺伝子発現解析をすすめ、Qニューロンに発現する受容体を同定した。そのリガンドによるQIH誘導を試みる。
④ヒートパッドで四肢に温熱刺激を加えることによりＱニューロンが強く興奮することが明らかになったため、末梢神経から、Qニューロンへの入力を明らかにする。
⑤Qニューロンのトランスクリプトーム解析：すでにほぼ解析が終わっており、Qニューロンに発現する受容体を同定した。そのリガンドによるQIH誘導を試みており、有力な候補物質を見出している。しかし効力的には、DREADDによるQIHよりかなり弱いため、さらに有力な因子の検索を行っている。今後は、介在ニューロンやグリアにも着目し、間接的にQニューロンに影響を及ぼす因子も含めて検討を行っていく。
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| Assessment Rating |
Interim Assessment Comments (Rating)
A-: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress in research has been made on the whole though a part of it has been delayed.
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