睡眠中の記憶固定化におけるシナプス可塑性の意義の解明

• 研究課題/領域番号: 20H03552
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分51020:認知脳科学関連
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 坂口 昌徳 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 准教授 (60407088)
• 研究分担者: 手塚 太郎 筑波大学, システム情報系, 教授 (40423016)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2022年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 睡眠 / 成体のニューロン新生 / 記憶 / シナプス可塑性 / 光遺伝学 / ニューロン新生 / レム睡眠 / 新生ニューロン

研究開始時の研究の概要

睡眠時に脳は自律的に記憶を処理する. その破綻は記憶障害などの病態に関与する. 申請者らは, 成体マウスの海馬で新生するニューロンが, 睡眠中の記憶固定化に必要であることを見出した. その際, 新生ニューロンのシナプス可塑性が重要であることが示唆された. これまで, 睡眠中の記憶固定化におけるシナプス可塑性の意義は解明されていない. そのために, 申請者らの開発した超小型内視鏡と光遺伝学を組み合わせ, 睡眠中にシナプス可塑性の操作し, その記憶固定化への意義を検証する. 本研究により, 記憶固定化におけるシナプス可塑性の意義を明らかにし, その破綻に基づく新しい治療法の開発に貢献する.

研究成果の概要

研究の結果、シータ振動との同期がシナプス可塑性に重要な役割を果たすことが明らかになった。特に、海馬のシータ振動中の各位相による神経活動が、シナプスの長期増強（LTP）および長期抑圧（LTD）の方向性を制御することの示唆を得た。さらに、シータ振動とシナプス可塑性の相互作用が、神経回路の活動に重要な影響を与え、記憶の形成と固定化に関与していることが示唆された。これらの結果は、シータ振動とシナプス可塑性の関係性をより深く理解する上で重要な示唆を提供している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

この研究成果は、シータ振動とシナプス可塑性の関係についての理解を深る。学術的には、脳の学習と記憶のメカニズムに関する重要な知見を提供し、神経科学の分野での理論的な進展に貢献する。さらに、シータ振動位相特異的な新生ニューロンの機能についての発見は、脳の神経回路形成や発達に関する新たな洞察を与える。
社会的には、記憶の疾患や障害の治療や予防に向けた新たなアプローチを提供する。この研究成果を基にした治療法や予防策の開発により、認知症や学習障害などの脳に関連する疾患の改善が期待される。また、教育や学習支援の分野でも応用が期待され、より効果的な学習環境の構築に寄与する。

研究成果

• [国際共同研究] Nathan Klein Institute/Columbia University(米国)
• [国際共同研究] Edinburgh University(英国)
• [雑誌論文] Fear generalization immediately after contextual fear memory consolidation in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Yu Jiahui、Naoi Toshie、Sakaguchi Masanori
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 558 ページ: 102-106
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.04.072
  • 査読あり
• [雑誌論文] Remapping of Adult-Born Neuron Activity during Fear Memory Consolidation in Mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Vergara Pablo、Kumar Deependra、Srinivasan Sakthivel、Koyanagi Iyo、Naoi Toshie、Singh Sima、Sakaguchi Masanori
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 22 号: 6 ページ: 2874-2874
  • DOI: 10.3390/ijms22062874
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Metabolic fingerprints of fear memory consolidation during sleep (2021)
  • 著者名/発表者名: Koyanagi I, Sonomura K, Naoi T, Ohnishi T, Kaneko N, Sawamoto K, Sato TA, Sakaguchi M
  • 雑誌名: Molecular Brain 巻: 14 号: 1 ページ: 30-30
  • DOI: 10.1186/s13041-021-00733-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Calcium imaging of adult-born neurons in freely moving mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Carrier-Ruiz Alvaro、Sugaya Yuki、Kumar Deependra、Vergara Pablo、Koyanagi Iyo、Srinivasan Sakthivel、Naoi Toshie、Kano Masanobu、Sakaguchi Masanori
  • 雑誌名: STAR Protocols 巻: 2 号: 1 ページ: 100238-100238
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2020.100238
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanisms Underlying Memory Consolidation by Adult-Born Neurons During Sleep (2020)
  • 著者名/発表者名: Vergara Pablo、Sakaguchi Masanori
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 14
  • DOI: 10.3389/fncel.2020.594401
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sparse Activity of Hippocampal Adult-Born Neurons during REM Sleep Is Necessary for Memory Consolidation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kumar D, Koyanagi I, Carrier-Ruiz A, Vergara P, Srinivasan S, Sugaya Y, Kasuya M, Yu TS, Vogt K, Muratani M, Ohnishi T, Singh S, Teixeira CM, Cherasse Y, Naoi T, Wang Y, Nondhalee P, Osman BAH, Kaneko N, Sawamoto K, Kernie SG, Sakurai T, McHugh TJ, Kano M, Yanagisawa M, Sakaguchi M
  • 雑誌名: Neuron 巻: 107 号: 3 ページ: 552
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2020.05.008
  • URL: https://localhost/en/publications/1d845831-3ee8-4cde-ae73-3f4d6bcffcb0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Progressive Changes in Sleep and Its Relations to Amyloid-β Distribution and Learning in Single App Knock-In Mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Maezono Sakura Eri B.、Kanuka Mika、Tatsuzawa Chika、Morita Miho、Kawano Taizo、Kashiwagi Mitsuaki、Nondhalee Pimpimon、Sakaguchi Masanori、Saito Takashi、Saido Takaomi C.、Hayashi Yu
  • 雑誌名: eneuro 巻: 7 号: 2 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1523/eneuro.0093-20.2020
  • NAID: 120007163363
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] TBA (2021)
  • 著者名/発表者名: Masanori Sakaguchi
  • 学会等名: The 43rd Japanese Society for Biological Psychiatry, The 51st Japanese Society of Neuropsychopharmacology
  • 招待講演
• [学会発表] Function of adult-born neurons for memory consolidation during sleep (2021)
  • 著者名/発表者名: Masanori Sakaguchi
  • 学会等名: The 98th Annual Meeting of the Japanese Society for Physiology
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanisms of traumatic memory processing during sleep (2021)
  • 著者名/発表者名: Masanori Sakaguchi
  • 学会等名: The 13rd Japanese Society of Anxiety and Related Disorders
  • 招待講演
• [学会発表] Symposium: Unique coding in the self-replenishing memory circuit: the dentate gyrus (2020)
  • 著者名/発表者名: Masanori Sakaguchi
  • 学会等名: OIST neuroscience online seminar (ONOS)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fear memory regulation by adult-born neurons during REM sleep (2020)
  • 著者名/発表者名: Masanori Sakaguchi
  • 学会等名: The 63rd Annual Meeting of the Japanese Society for Neurochemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Application of the adult-born neurons for PTSD (2020)
  • 著者名/発表者名: Masanori Sakaguchi
  • 学会等名: The 12th Symposium of Japanese Society for Anxiety and Related Disorders
  • 招待講演
• [備考] Sakaguchi Lab HP
  • URL: https://sakaguchi-lab.org/publications.html