| 研究課題/領域番号 |
20H03348
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分46020:神経形態学関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
桝 正幸 筑波大学, 医学医療系, 教授 (20243032)
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| 研究分担者 |
桝 和子 筑波大学, 医学医療系, 講師 (50344883)
岡田 拓也 筑波大学, 医学医療系, 助教 (60451697)
小金澤 禎史 筑波大学, 医学医療系, 助教 (80431691)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2021年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2020年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
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| キーワード | 皮質脊髄路 / 錐体交差 / 運動機能 / 両側性投射 / 遺伝子改変マウス / 神経回路 / 同側性投射 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
皮質脊髄路は、大脳皮質から脊髄に投射し、手足の運動を制御する神経路である。正常マウスでは、延髄でほとんどの神経線維が正中を交叉し、反対側の運動を制御する。一方、Sulf1とSulf2遺伝子を欠失したマウスでは、半分の線維は正常通り正中を交叉するが、残り半分は交叉せずに脊髄に到達し、同側の運動を誘発する。これらのマウスでは、小さなエサを掴むなどの動作が上手くできないが、同側へ投射した神経線維が運動制御にどのような役割を担っているのかは不明である。そこで、本研究では、片側の大脳皮質を損傷させた時のマウスの行動を調べることにより、同側投射線維の役割を明らかにすることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
皮質脊髄路は大脳皮質5層の錐体ニューロンに起始し脊髄へ投射する主要な下行性経路であり、脊髄運動ニューロンの活動を制御する。マウスではほとんど全ての線維が延髄の錐部で正中交差して後索を下行し反対側に投射するが、少数（~5%）の線維は交差せずに前索を下行する。
研究代表者らは、ヘパラン硫酸エンドスルファターゼSulf1とSulf2を欠失したダブルノックアウト（DKO）マウスが錐体交差異常を持ち、非交差線維が同側の脊髄に投射するため脊髄への投射が両側性になること、その結果、片側の運動野を電気刺激すると両側に運動と筋電図が誘発されることを明らかにした。この投射異常により運動機能に障害が起こるかどうかを調べるために、Grid walking test、Staircase test、Single pellet reaching testを実施した。いずれもマウスで運動機能を評価するために用いられる行動実験であるが、DKOマウスはいずれの試験でも野生型マウスより成績が悪かった。歩行は正常であり、Rotarod testでも正常であることから、粗大な運動、協調運動、定型的運動、運動学習などには異常が無いが、手指などを用いる精細な運動の調節に異常があると考えられた。
しかしながら、異常な同側性投射が運動機能に関与しているのか、DKOマウスで見られる運動障害が同側投射線維が出現したために生じたのかどうかは不明である。そこで、本研究では、このDKOマウスで片側の運動野を可逆的または不可逆的に抑制または障害した結果、同側および反対側の運動がどのように変化するかを調べることにより、皮質脊髄路の同側性投射の役割を明らかにすることを目指している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
麻酔したマウスを定位脳固定装置に固定し、液体窒素で冷やした金属製プローブを第一次運動野直上の頭蓋骨に押し当てることにより、運動皮質を損傷させることができる。損傷後に脳を取り出して切片を作製することにより、適切な損傷条件を決めることができた。また、これらのマウスを用いて、各種運動実験（グリッド歩行試験、シリンダー試験、staircase試験、single pellet reaching試験）を実施し、予備的なデータを得ることができた。
次に、第一次運動野にDEADDsの１つであるAAV-hM4Di-mCherryウイルスを注入して人工受容体を発現させ、特異的アゴニストCompound21を投与することによりニューロンの活動を抑制する実験を行った。注入の条件設定を決定し、予備的なデータを得ることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
凍結損傷で第一次運動野に障害を与えたマウス、およびhM4Diにより第一次運動野ニューロンを可逆的に抑制したマウスを用いて各種運動実験を実施し、障害側（抑制側）と同側および反対側の前肢の運動を中心に解析を行い、運動機能に異常が生じるか、どちらの側に変化が起こるか、野生型とDKOマウスで差があるかを明らかにする。
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