発達期マーモセットにおけるニコチン摂取を制御する神経回路の脆弱性解明

• 研究課題/領域番号: 19K16031
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分42040:実験動物学関連
• 研究機関: 公益財団法人実験動物中央研究所
• 研究代表者: 関 布美子 公益財団法人実験動物中央研究所, ライブイメージングセンター, 主任 (40771407)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: マーモセット / MRI / 脳活動 / 発達 / 手綱核 / functional / 可塑性 / fMRI / ニコチン / 脳発達 / 中毒

研究開始時の研究の概要

子どもは喫煙開始後すぐニコチン依存に陥り易いが、その脆弱性の基礎にある子どもの脳神経基盤は不明である。
回路が抑制時の認知行動と脳活動は脳の発達度合いによって変化するかを明らかにするために、ヒトと脳発達パターンがより類似している非ヒト霊長類のコモンマーモセットを適用する。同一個体が子どもから大人へ変化し脳成熟することに依って、ニコチン手綱核-脚間核回路の抑制時に見られた症状は変化するかを明らかにする。

研究成果の概要

本研究ではニコチン摂取様の機能動態が予想できる手綱核-脚間核回路の神経活動を、薬理遺伝技術を用いて選択的に抑制させ、その結果生じる認知行動の変化と回路と連結する広域の脳活動の動態を認知行動評価とMRIから解明することを目的に、整備を行った。手綱核-脚間核回路の可視化に必要となる高コントラスト、高解像度の画像を取得した。またマーモセットで全脳活動をMRIで評価するために、脳活動MRIの最適化を行った。加えて経時的な脳発達の評価を行い、脳体積の変化は想定していた24ヶ月より更に長期にわたって続くことが明らかにした。これらより脳発達に伴い変化する脳活動及び領域間結合性を評価可能となる基盤を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

非ヒト霊長類である実験動物のマーモセットは、他霊長類と比べ発達期間が短くヒトの脳発達を理解する上で適したモデルの一つである。マーモセットとヒトと共通したMRIをモダリティとして使用出来ればスムースな比較研究が可能となる。本研究ではマーモセットの脳発達を多面的に評価するための基盤を確立した。マーモセットの発達に伴う脳形態の変化はヒトと同様性成熟に達する年齢より長く変化することを見出した。また覚醒下における全脳活動を評価する方法を確立した。これらから子どもがより脆弱とされているニコチン依存について、脳発達の度合いがもたらす影響について評価するデータを整えた。

研究成果

• [雑誌論文] The common marmoset in biomedical research: experimental disease models and veterinary management (2023)
  • 著者名/発表者名: INOUE Takashi、YURIMOTO Terumi、SEKI Fumiko、SATO Kenya、SASAKI Erika
  • 雑誌名: Experimental Animals 巻: 72 号: 2 ページ: 140-150
  • DOI: 10.1538/expanim.22-0107
  • ISSN: 0007-5124, 1341-1357, 1881-7122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multimodal analyses of a non-human primate model harboring mutant amyloid precursor protein transgenes driven by the human EF1α promoter. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimatsu S, Seki F, Okahara J, Watanabe H, Sasaguri H, Haga Y, Hata JI, Sanosaka T, Inoue T, Mineshige T, Lee CY, Shinohara H, Kurotaki Y, Komaki Y, Kishi N, Murayama AY, Nagai Y, Minamimoto T, Yamamoto M, Nakajima M, Zhou Z, Nemoto A, Sato T, Ikeuchi T, Sahara N, Morimoto S, Shiozawa S, Saido TC, Sasaki E, Okano H
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 185 ページ: 49-61
  • DOI: 10.1016/j.neures.2022.08.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of sedatives or anesthetics on the measurement of resting brain function in common marmosets (2022)
  • 著者名/発表者名: Muta Kanako、Hata Junichi、Kawaguchi Naoki、Haga Yawara、Yoshimaru Daisuke、Hagiya Kei、Kaneko Takaaki、Miyabe-Nishiwaki Takako、Komaki Yuji、Seki Fumiko、Okano Hirotaka James、Okano Hideyuki
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 33 号: 9 ページ: 5148-5162
  • DOI: 10.1093/cercor/bhac406
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of chronic caffeine intake and withdrawal on neural activity assessed via resting-state functional magnetic resonance imaging in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Rikitake Mitsuki、Notake Sachiko、Kurokawa Karen、Hata Junichi、Seki Fumiko、Komaki Yuji、Oshiro Hinako、Kawaguchi Naoki、Haga Yawara、Yoshimaru Daisuke、Ito Ken、Okano Hirotaka James
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 8 号: 11 ページ: e11714-e11714
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e11714
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comprehensive Volumetric Analysis of Mecp2-Null Mouse Model for Rett Syndrome by T2-Weighted 3D Magnetic Resonance Imaging (2022)
  • 著者名/発表者名: Akaba Yuichi、Shiohama Tadashi、Komaki Yuji、Seki Fumiko、Ortug Alpen、Sawada Daisuke、Uchida Wataru、Kamagata Koji、Shimoji Keigo、Aoki Shigeki、Takahashi Satoru、Suzuki Takeshi、Natsume Jun、Takahashi Emi、Tsujimura Keita
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 16 ページ: 1-13
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.885335
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optical manipulation of local cerebral blood flow in the deep brain of freely moving mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe Yoshifumi、Kwon Soojin、Oishi Mitsuhiro、Unekawa Miyuki、Takata Norio、Seki Fumiko、Koyama Ryuta、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Masamoto Kazuto、Tomita Yutaka、Okano Hideyuki、Mushiake Hajime、Tanaka Kenji F.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 36 号: 4 ページ: 109427-109427
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109427
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chd8 mutation in oligodendrocytes alters microstructure and functional connectivity in the mouse brain (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawamura Atsuki、Abe Yoshifumi、Seki Fumiko、Katayama Yuta、Nishiyama Masaaki、Takata Norio、Tanaka Kenji F.、Okano Hideyuki、Nakayama Keiichi I.
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 13 号: 1 ページ: 160-160
  • DOI: 10.1186/s13041-020-00699-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MR Imaging Properties of <i>ex vivo</i> Common Marmoset Brain after Formaldehyde Fixation (2019)
  • 著者名/発表者名: Haga Yawara、Hata Junichi、Uematsu Akiko、Seki Fumiko、Komaki Yuji、Mizumura Mai、Nishio Marin、Kaneko Takaaki、Kishi Noriyuki、Okano Hideyuki、Furukawa Akira
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medical Sciences 巻: 18 号: 4 ページ: 253-259
  • DOI: 10.2463/mrms.mp.2018-0086
  • NAID: 130007728812
  • ISSN: 1347-3182, 1880-2206
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 豊かな環境で育ったマーモセットの脳発達解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 2.関 布美子、冨樫 充良、村岡 俊典、黒滝 陽子、井上 貴史、圦本 晃海、向笠 圭亮、小牧 裕司、山田 知歩子、佐々木 えりか
  • 学会等名: マーモセット研究会
• [学会発表] 環境エンリッチメントが脳発達に与える影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 1.関 布美子、冨樫 充良、村岡 俊典、石淵 智子、黒滝 陽子、井上 貴史、圦本 晃海、向笠 圭亮、小牧 裕司、山田 知歩子、力武 聖月、伊東 莉那、佐々木 えりか
  • 学会等名: 日本神経科学学会
• [学会発表] 環境エンリッチメントが脳発達に与える影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 1.関布美子、山田知歩子、小牧裕司、冨樫充良、村岡俊典、石淵智子、黒滝陽子、井上貴史、圦本晃海、向笠圭亮、力武聖月、伊東莉那、佐々木えりか
  • 学会等名: 第11回マーモセット研究会
• [学会発表] Functional MRI in awake marmosets for longitudinal studies. (2021)
  • 著者名/発表者名: F. Seki, T. Yurimoto, T. Inoue, E. Sasaki.
  • 学会等名: Neuroscience 2021 Annual meeting of Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Longitudinal voxel-based analysis in Alzheimer’s disease transgenic marmosets (2020)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Seki Seiji Shiozawa Sho Yoshimatsu Yuji Komaki Marin Nishio Erika Sasaki Hideyuki Okano
  • 学会等名: International Society for Magnetic Resonance in Medicine
  • 国際学会
• [学会発表] MR Neuroimaging of disease models in the common marmoset (2019)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Seki
  • 学会等名: 2019 International Symposium of Korean Association for Laboratory Animal Sciences
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiparametric analysis of life-span brain maturation and degeneration in common marmosets brain (2019)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Seki
  • 学会等名: 日本神経科学会
• [学会発表] Evaluation of cortical microstructure in marmoset life-span development (2019)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Seki
  • 学会等名: 日本マーモセット研究会
• [産業財産権] 機能的ＭＲＩ用ベッド及びこれを備えた 機能的ＭＲＩ用ベッドシステム (2021)
  • 発明者名: 2021
  • 権利者名: 2021
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2021-110184
  • 出願年月日: 2021