自由行動下・組織特異的な脳―末梢間神経回路の活動解析法の開発

• 研究課題/領域番号: 21K19362
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分48:生体の構造と機能およびその関連分野
• 研究機関: 生理学研究所
• 研究代表者: 近藤 邦生 生理学研究所, 生体機能調節研究領域, 助教 (90784950)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2022年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 脳ー末梢組織間神経回路 / 経シナプス性トレーサー / 仮性狂犬病ウイルス / 自律神経 / 神経回路トレーシング / 脳―末梢間神経回路 / 経シナプス性ウイルストレーサー / 脳末梢間神経回路 / PRV / 自律神経系

研究開始時の研究の概要

「病は気から」と言われるように、心（脳）と体（末梢組織）の相互作用は古くから科学者や哲学者の関心を呼び起こしてきた。しかし、自由行動下の動物において、脳―末梢間の神経回路がどのように活動するか、ほとんどわかっていない。
本研究の目的は、それぞれの末梢組織を制御する脳―末梢間神経回路の神経活動を特異的に計測できる、新しい技術を開発することである。そして、自由行動下の動物において、脳から特定の末梢組織へつながる神経回路の活動を、世界で初めてリアルタイムで計測する。この技術は、これまでの解析では得られなかった全く新しい観察結果をもたらす。

研究成果の概要

昨今の神経科学の技術進歩にも関わらず、脳と末梢組織の間を結ぶ神経回路の解析は、いまだに進んでいない。本研究では、それぞれの末梢組織を制御する脳―末梢間神経回路の神経活動を自由行動下の動物において計測できる、新しい技術の開発をおこなった。
本研究では、シナプス結合を介して神経細胞間を逆行的に輸送される経シナプス性ウイルストレーサーを用いて、「末梢組織から脳まで移動して、脳の感染細胞に影響を与えず目的遺伝子を発現できる」新しいウイルスベクターの開発を行った。ウイルス遺伝子の発現を人為的に制御することで、ウイルス神経回路内の輸送を時間的に制御することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

心（脳）と体（末梢組織）の相互作用は、紀元前から科学者や哲学者の関心を呼び起こしてきた。このような脳と末梢組織のつながりを解明するためには、脳からそれぞれの末梢組織へ至る神経回路が、「どのような状況において」「どのように活動し」「どの末梢組織の機能を制御するのか」という点を理解する必要がある。本研究は、末梢組織特異的な脳の神経細胞から記録を行うという独自のアプローチを用いて、自由行動動物の脳―末梢組織間の神経回路の活動の計測に取り組むものである。本研究で開発したウイルスベクターと中枢神経系の解析で用いられている様々な手法組み合わせることで、末梢神経系の解析が今後飛躍的に進む事が期待される。

研究成果

• [国際共同研究] 中国科学院深セン先進技術研究院(中国)
• [国際共同研究] プリンストン大学(米国)
• [雑誌論文] Melanin-concentrating hormone-producing neurons in the hypothalamus regulate brown adipose tissue and thus contribute to energy expenditure. (2022)
  • 著者名/発表者名: Izawa S., Yoneshiro T., Kondoh K., Nakagiri S., Okamatsu-Ogura Y., Terao A., Minokoshi Y., Yamanaka A., and Kimura K.
  • 雑誌名: J. Physiol. 巻: 600 号: 4 ページ: 815-827
  • DOI: 10.1113/jp281241
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Basigin deficiency prevents anaplerosis and ameliorates insulin resistance and hepatosteatosis. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ryuge A, Kosugi T, Maeda K, Banno R, Gou Y, Zaitsu K,Ito T, Sato Y, Hirayama A, Tsubota S, Honda T, Nakajima K, Ozaki T, Kondoh K, Takahashi K, Kato N, Ishimoto T, Soga T, Nakagawa T, Koike T, Arima H, Yuzawa Y, Minokoshi Y, Maruyama S, Kadomatsu K.
  • 雑誌名: JCI Insight. 巻: 6 号: 20
  • DOI: 10.1172/jci.insight.142464
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Development of a new trans-synaptic viral tracing system with low cytotoxicity (2022)
  • 著者名/発表者名: Kunio Kondoh
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会／第65回日本神経化学会大会／第32回日本神経回路学会大会
• [学会発表] Trans-synaptic protein expression in the nervous system using trans-synaptic viral vectors (2022)
  • 著者名/発表者名: Kunio Kondoh
  • 学会等名: 19th International Conference on Retinal Proteins (ICRP2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of new transsynaptic viral tracers (2022)
  • 著者名/発表者名: Kunio Kondoh
  • 学会等名: 第 11 回 生理研―霊長研―新潟脳研 合同シンポジウム
• [学会発表] 経シナプス性ウイルストレーサーと光を用いた神経回路解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤邦生
  • 学会等名: 第92回日本動物学会オンライン米子大会
  • 招待講演