| 研究課題/領域番号 |
21K19460
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分52:内科学一般およびその関連分野
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| 研究機関 | 兵庫医科大学 |
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研究代表者 |
古賀 浩平 兵庫医科大学, 医学部, 准教授 (50768455)
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| 研究分担者 |
矢尾 育子 関西学院大学, 生命環境学部, 教授 (60399681)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 慢性疼痛 / 不安 / 前帯状回 / シナプス可塑性 / 情動 / 神経回路 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
1年目は、マウスの前帯状回に投射する主な脳領域である視床もしくは扁桃体に光感受性タンパク質であるChR2を組み込んだアデノ随伴ウイルスを局所投与する。投与２-３週間後に脳スライス標本を作製し、投射選択的なシナプス伝達と神経回路を明らかにする。２年目は、神経損傷モデルを作製し、１年目に明らかとなったシナプス伝達と神経回路に再編成が起こるかを神経損傷モデルの初期および後期で調べる。３年目は、これまでに明らかとなった神経回路を光遺伝学および化学遺伝学的手法で操作した時に負の情動行動が緩和できるかを調べる。
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| 研究実績の概要 |
不安やうつなどの精神疾患は、痛み刺激などの持続的な入力や身体的および心因的なストレスが原因である。痛み入力や様々なストレス負荷が、中枢神経系におけるシナプス伝達や神経回路に異常を示し、その結果、負の情動を形成すると考えられる。慢性疼痛が引き起こす不安やうつなどの負の情動は、精神疾患の代表である。しかしながら、この慢性疼痛による不安やうつなどの負の情動を形成するシナプス可塑性、特に投射選択的な可塑性、シナプス可塑性を引き起こす分子機構および標的因子は未解明である。
本研究では、痛み入力と情動を司る脳領域である前帯状回に着目し、前帯状回に投射するどの脳領域からの興奮性シナプスが慢性疼痛モデルマウスにおいて投射選択的なシナプス可塑性を示すかについて、光遺伝学と電気生理学的手法を組み合わせて解析した。視床と扁桃体は、慢性疼痛の身体的要因と心因的要因の両要因に関わる脳領域であり、これらの領域は前帯状回と双方向性のシナプスを形成していることが解剖学的に明らかになっている。
従って、光感受性チャネルであるチャネルロドプシン（ChR2）を組み込んだアデノ随伴ウイルスをマウスの標的部位にそれぞれ局所投与して、感染３-４週間後に脳スライス標本を作製した。そして、感染を確認した後に前帯状回の第II/III層の錐体細胞からホールセルパッチクランプ記録を行いChR2を活性化させる青色光を照射して投射選択的なシナプス伝達を解析した。また、前帯状回にChR2を組み込んだアデノ随伴ウイルスを投与して前帯状回ー視床シナプスの電気生理学的特性についても調べた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
前帯状回に投射する脳領域からの選択的なシナプス伝達とシナプス可塑性を解析するために必要な光遺伝学的手法と電気生理学的手法は、標的となる脳領域の座標、投与するアデノ随伴ウイルスの種類と投与量などの条件検討も済んでおり確立できている。特に、前帯状回に投射する選択的な興奮性シナプス伝達の解析はデータも集まってきている。また、慢性疼痛モデルマウスで形成されるシナプス可塑性の解析も順調である。一方、前帯状回から出力している視床や扁桃体の電気生理学的な解析は、前帯状回ー視床シナプス伝達については、視床細胞において安定した記録が出来ているが、扁桃体―前帯状回のシナプス伝達についてはまだ解析できていない。
慢性疼痛モデルマウスの前帯状回で変動する新規の標的因子について、マイクロアレイ法を用いて網羅的に解析している。その結果、慢性疼痛モデルを作製した１-２日後において、MAPKのサブファミリーの上流に存在する候補因子の同定はできているが、この候補因子の上流や下流の仕組み、そして役割は未解析である。
この前帯状回に投射するもしくは前帯状回から出力する選択的なシナプス伝達を光遺伝学を用いて活性化した時および抑制した時に、疼痛関連行動が促進するもしくは緩和するかについて調べる予定である。現在まで、疼痛関連行動（von Frey test、熱刺激、条件付け場所嫌悪行動、高架式十字迷路）を立ち上げることが出来ている。現在は、光刺激を行う光ファイバーを標的部位に留置する手術まで確立している。今後は、光遺伝学と行動学を組み合わせた解析を進めていく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
前帯状回から視床や扁桃体に投射する選択的な興奮性シナプス伝達の解析をさらに進めていく。特に、慢性疼痛モデルの初期および後期において時期特異的なシナプス可塑性を明らかにする。また、前帯状回から出力する視床や扁桃体以外の疼痛関連脳領域へのシナプス伝達が慢性疼痛モデルで可塑的な変化を示すかについてもさらに検討していく。
これまで慢性疼痛モデルマウス初期の前帯状回において、マイクロアレイ法により明らかになった候補因子はmRNAレベルでの変動である。今後は、この候補因子がタンパク質のレベルで増加しているかについて調べていく。そして、この候補因子がどのような機能的意義を有するかを明らかにしていく。例えば、この候補因子の抗体を使って、ウエスタンブロット法でタンパク量の変動や発現する局在を調べる。
光遺伝学を用いて投射選択的なシナプスを頻回刺激した時に疼痛関連行動が制御されるかについて解析を行う予定である。von Freyテスト、冷刺激、条件付き嫌悪行動など疼痛関連行動を解析するのに必要な装置は揃っており、手法も確立している。また、アデノ随伴ウイルスの局所投与と光ファイバーの挿入に必要な手術器具や装置も一式揃っている。光ファイバーを挿入して留置する方法も準備済みである。今後は、前帯状回においてシナプス可塑性を示す選択的な投射を光遺伝学で興奮または抑制に操作した時に疼痛関連行動が変化するかについて調べていく。さらに、前帯状回から出力する視床や扁桃体など皮質下の領域における選択的なシナプス伝達の操作も検討していく予定である。
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