視床線条体ネットワークの構造・機能マッピングと認知行動機能における役割の解明

• 研究課題/領域番号: 20K06912
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分46030:神経機能学関連
• 研究機関: 福島県立医科大学
• 研究代表者: 加藤 成樹 福島県立医科大学, 医学部, 准教授 (90443879)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2024年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 視床線条体 / 聴覚弁別行動 / 認知機能 / 大脳基底核

研究開始時の研究の概要

視床を含む大脳基底核は、運動、認知、情動などの様々な脳機能を調節し、その異常は種々の精神・神経疾患の病態と深い関連を持つことが知られているが、神経回路レベルでの機能的な解析は進んでいない。本研究では、認知機能障害を伴うパーキンソン病において視床の神経細胞が一部変性することに着目し、視床線条体経路の認知機能における役割を解析することで、大脳基底核ネットワークの機能マッピングに取り組む。

研究成果の概要

感覚情報の中継点である視床は、運動制御や認知機能を司る大脳基底核の中心的構造である線条体に入力し、運動や学習行動を制御していると考えられている。本研究では、視床束傍核から背外側前方線条体への入力が学習機能に重要な役割を果たすことを明らかにした。また、本研究を実施するために精巧な遺伝子発現スイッチングの制御を可能とする新システムベクターの開発に成功した。本システムは、生命科学研究の様々な場面において極めて有効な手段を提供して、臨床・基礎医学両面における発展的利用が期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで十分な機能解析が進んでいなかった視床束傍核の神経細胞は、背外側前方線条体への連絡によって学習を介した行動制御を担うことを明らかにし、認知機能の獲得に極めて重要なネットワークを形成していることを発見した。
パーキンソン病患者の死後脳剖検から、束傍核を含む視床髄板内核を構成する神経細胞が欠落することが知られている。今回の研究によって、視床髄板内核の認知機能への関与が明らかとなり、このことはパーキンソン病などの疾患の病態解明に繋がるとともに、この経路を制御する薬剤を探索するなど、病態の改善に繋がる薬剤の開発への可能性が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Differential functions of oxytocin receptor-expressing neurons in the ventromedial hypothalamus in social stress responses: induction of adaptive and maladaptive coping behaviors. (2025)
  • 著者名/発表者名: Nasanbuyan, N., Yoshida, M., Inutsuka, A., Takayanagi, Y., Kato, S., Hidema, S., Nishimori, K., Kobayashi, K. and Onaka, T.
  • 雑誌名: Biol Psychiatry. 巻: 97 号: 9 ページ: 874-886
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2024.09.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chemogenetic activation of mammalian brain neurons expressing insect Ionotropic Receptors by systemic ligand precursor administration (2024)
  • 著者名/発表者名: Iguchi Yoshio、Fukabori Ryoji、Kato Shigeki、Takahashi Kazumi、Eifuku Satoshi、Maejima Yuko、Shimomura Kenju、Mizuma Hiroshi、Mawatari Aya、Doi Hisashi、Cui Yilong、Onoe Hirotaka、Hikishima Keigo、Osanai Makoto、Nishijo Takuma、Momiyama Toshihiko、Benton Richard、Kobayashi Kazuto
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 7 号: 1 ページ: 547-547
  • DOI: 10.1038/s42003-024-06223-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Modulation of Nicotine-Associated Behaviour in Rats By μ-Opioid Signals from the Medial Prefrontal Cortex to the Nucleus Accumbens Shell (2024)
  • 著者名/発表者名: Feng Zhu, Shigeki Kato, Di Hu, Shaoqi Duan, Koichi Noguchi, Yasuyoshi Watanabe, Kazuto Kobayashi, Yi Dai1 & Yilong Cui
  • 雑誌名: Neuroscience Bulletin 巻: 40(12) 号: 12 ページ: 1826-1842
  • DOI: 10.1007/s12264-024-01230-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Protocol for highly selective transgene expression through the flip-excision switch system by using a unilateral spacer sequence in rodents (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsushita Natsuki、Kato Shigeki、Nishizawa Kayo、Sugawara Masateru、Takeuchi Kosei、Miyasaka Yoshiki、Mashimo Tomoji、Kobayashi Kazuto
  • 雑誌名: STAR Protocols 巻: 4 号: 4 ページ: 102667-102667
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2023.102667
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reward expectation enhances action-related activity of nigral dopaminergic and two striatal output pathways (2023)
  • 著者名/発表者名: Rios Alain、Nonomura Satoshi、Kato Shigeki、Yoshida Junichi、Matsushita Natsuki、Nambu Atsushi、Takada Masahiko、Hira Riichiro、Kobayashi Kazuto、Sakai Yutaka、Kimura Minoru、Isomura Yoshikazu
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 6 号: 1 ページ: 914-914
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05288-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anatomical identification of a corticocortical top-down recipient inhibitory circuitry by enhancer-restricted transsynaptic tracing (2023)
  • 著者名/発表者名: Atsumi Yusuke、Oisi Yasuhiro、Odagawa Maya、Matsubara Chie、Saito Yoshihito、Uwamori Hiroyuki、Kobayashi Kenta、Kato Shigeki、Kobayashi Kazuto、Murayama Masanori
  • 雑誌名: Frontiers in Neural Circuits 巻: 17 ページ: 1245097-1245097
  • DOI: 10.3389/fncir.2023.1245097
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dissection of insular cortex layer 5 reveals two sublayers with opposing modulatory roles in appetitive drinking behavior (2023)
  • 著者名/発表者名: Takemoto Makoto、Kato Shigeki、Kobayashi Kazuto、Song Wen-Jie
  • 雑誌名: iScience 巻: 26 号: 6 ページ: 106985-106985
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.106985
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 1. Reinstating olfactory bulb derived limbic gamma oscillations alleviates depression. (2023)
  • 著者名/発表者名: Li, Q.*, Takeuchi, Y.*, Wang, J., Barcsai, L., Pedraza, L.K., Kozak, G., Nakai, S., Kato, S., Kobayashi, K., Ohsawa, M., Lorincz, M.L., Devinsky, O., Buzsaki, G. and Berenyi, A. * Equal contribution
  • 雑誌名: Neuron 巻: In press 号: 13 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2023.04.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 2. Highly selective transgene expression through the flip-excision switch system by using a unilateral spacer sequence. (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsushita, N.*, Kato, S.*, Nishizawa, K., Sugawara, M., Takeuchi, K., Miyasaka, Y., Mashimo, T. and Kobayashi, K. * Equal contribution
  • 雑誌名: Cell Rep. Methods 巻: 3 号: 2 ページ: 100393-100393
  • DOI: 10.1016/j.crmeth.2022.100393
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 3. Catecholaminergic cell type-specific expression of Cre recombinase in knock-in transgenic rats generated by the Combi-CRISPR technology. (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsushita, N., Nishizawa, K., Kato, S., Iguchi, Y., Fukabori, R., Takeuchi, K., Miyasaka, Y., Mashimo, T. and Kobayashi, K.
  • 雑誌名: J. Neurosci. Methods 巻: 381 ページ: 109707-109707
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2022.109707
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 4. Recording and manipulation of the maternal oxytocin neural activities in mice. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yukinaga, H., Hagihara, M., Tsujimoto, K., Chiang, H., Kato, S., Kobayashi, K. and Miyamichi, K.
  • 雑誌名: Curr. Biol. 巻: 32 号: 17 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.cub.2022.06.083
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thalamostriatal System Controls the Acquisition, Performance, and Flexibility of Learning Behavior (2021)
  • 著者名/発表者名: Kato Shigeki、Nishizawa Kayo、Kobayashi Kazuto
  • 雑誌名: Frontiers in Systems Neuroscience 巻: 15 ページ: 729389-729389
  • DOI: 10.3389/fnsys.2021.729389
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemogenetic inactivation reveals the inhibitory control function of the prefronto-striatal pathway in the macaque brain (2021)
  • 著者名/発表者名: Oguchi Mineki、Tanaka Shingo、Pan Xiaochuan、Kikusui Takefumi、Moriya-Ito Keiko、Kato Shigeki、Kobayashi Kazuto、Sakagami Masamichi
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 4 号: 1 ページ: 1088-1088
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02623-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Retrograde Transgene Expression via Neuron-Specific Lentiviral Vector Depends on Both Species and Input Projection. (2021)
  • 著者名/発表者名: Otsuka Y, Tsuge H, Uezono S, Tanabe S, Fujiwara M, Miwa M, Kato S, Nakamura K, Kobayashi K, Inoue K, Takada M
  • 雑誌名: Viruses 巻: 13(7) 号: 7 ページ: 1387-1387
  • DOI: 10.3390/v13071387
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhanced Retrieval of Taste Associative Memory by Chemogenetic Activation of Locus Coeruleus Norepinephrine Neurons (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukabori R, Iguchi Y, Kato S, Takahashi K, Eifuku S, Tsuji S, Hazama A, Uchigashima M, Watanabe M, Mizuma H, Cui Y, Onoe H, Hikishima K, Yasoshima Y, Osanai M, Inagaki R, Fukunaga K, Nishijo T, Momiyama T, Benton R, & Kobayashi K
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 40 号: 43 ページ: 8367-8385
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1720-20.2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dopaminergic signaling in the nucleus accumbens modulates stress-coping strategies during inescapable stress. (2020)
  • 著者名/発表者名: Cui, W., Aida, T., Ito, H., Kobayashi, K., Wada, Y., Kato, S., Nakano, T., Zhu, M., Isa, K., Kobayashi, K., Isa, T., Tanaka, K. and Aizawa, H.
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 40 号: 38 ページ: 7241-7254
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0444-20.2020
  • NAID: 120007170786
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pseudotyped lentiviral vectors for tract-targeting and application for the functional control of selective neural circuits. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato, S. and Kobayashi, K.
  • 雑誌名: J Neurosci. Methods 巻: 344 ページ: 108854-108854
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2020.108854
  • 査読あり
• [雑誌論文] Macaques Exhibit Implicit Gaze Bias Anticipating Others’ False-Belief-Driven Actions via Medial Prefrontal Cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Taketsugu、Akikawa Ryota、Kawasaki Keisuke、Egawa Jun、Minamimoto Takafumi、Kobayashi Kazuto、Kato Shigeki、Hori Yukiko、Nagai Yuji、Iijima Atsuhiko、Someya Toshiyuki、Hasegawa Isao
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 30 号: 13 ページ: 4433-4444
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.03.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Emergence of a Stable Neuronal Ensemble from a Wider Pool of Activated Neurons in the Dorsal Medial Prefrontal Cortex during Appetitive Learning in Mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Brebner Leonie S.、Ziminski Joseph J.、Margetts-Smith Gabriella、Sieburg Meike C.、Reeve Hayley M.、Nowotny Thomas、Hirrlinger Johannes、Heintz Tristan G.、Lagnado Leon、Kato Shigeki、Kobayashi Kazuto、Ramsey Leslie A.、Hall Catherine N.、Crombag Hans S.、Koya Eisuke
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 40 号: 2 ページ: 395-410
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1496-19.2019
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Behavioral roles of two major thalamostriatal systems in common marmosets (2024)
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO and Kazuto KOBAYASHI
  • 学会等名: 第47回日本神経科学大会
• [学会発表] Role of the thalamostriatal pathway in marmosets (2024)
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO, Masaaki SUGAWARA, Miwako YAMASAKI, Masahiko WATANABE, Ken-ichi INOUE, Katsuki NAKAMURA, Masahiko TAKADA and Kazuto KOBAYASHI
  • 学会等名: 第47回日本分子生物学会
• [学会発表] 神経ネットワーク機能操作のための遺伝学的介入 (2024)
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹
  • 学会等名: 2023年度 第15回脳科学クラスター・ミニリトリート
  • 招待講演
• [学会発表] Corticostriatal input and behavioral habituation (2023)
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO, Nozomu YOSHIOKA and Kazuto KOBAYASHI
  • 学会等名: 第46回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] 組換え酵素依存的遺伝子発現スイッチシステムにおけるリーク発現抑制型ベクター (2023)
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹, 松下 夏樹, 小林 和人
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会
• [学会発表] Thalamostriatal input in learning behavior cued by auditory stimuli (2022)
  • 著者名/発表者名: Shigeki KATO and Kazuto KOBAYASHI
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
• [学会発表] 聴覚性弁別学習行動における視床線条体入力の役割 (2022)
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹, 小林 和人
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会
• [学会発表] Input analysis to striatal subdivision with high-frequency retrograde viral vector (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹, 小林 和人
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
• [学会発表] 線条体subdivisionへの入力解析と行動機能操作 (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹, 小林 和人
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会
• [学会発表] Comparative analysis of retrograde gene transduction efficiency between various modified virus types. (2020)
  • 著者名/発表者名: 加藤 成樹, 小林 和人
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [図書] Neuromethods (2022)
  • 著者名/発表者名: Kenta Kobayashi, Shigeki Kato, and Kazuto Kobayashi(分担執筆)
  • 総ページ数: 331
  • 出版者: Humana Press
  • ISBN: 9781071629178
• [図書] 決定版 ウイルスベクターによる遺伝子導入実験ガイド (2020)
  • 著者名/発表者名: 平井宏和、日置寛之、小林和人
  • 総ページ数: 281
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758122474