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内側中隔ー海馬ー視床下部の多領域連関による脳情報動態制御機構の解明

公募研究

研究領域脳情報動態を規定する多領野連関と並列処理
研究課題/領域番号 20H05061
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関名古屋大学

研究代表者

山中 章弘  名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (60323292)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2020年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード視床下部 / 光遺伝学 / メラニン凝集ホルモン産生神経 / アセチルコリン作動性神経 / 内側中隔 / 遺伝子改変動物 / アデノ随伴ウイルスベクター / 睡眠覚醒 / 脳波 / 海馬
研究開始時の研究の概要

内側中隔のアセチルコリン作動性神経と海馬 との関係に着目して研究を展開する。内側中隔のアセチルコリン作動性神経は、海馬に密に投射 しており、海馬におけるシータ波生成に関わっているとされている。内側中隔のアセチルコリン 作動性神経を特異的に脱落させると、MCH 神経脱落と同様の記憶の向上が認められたことから、視 床下部-内側中隔-海馬間において、何らかの機能連関が存在し、睡眠覚醒状態に応じた脳情報動 態の制御が行われている可能性が示唆された。本研究では、同領域間の神経回路の動作原理、また睡眠覚醒状態に応じた脳情報動態の変化について明らかにする。

研究実績の概要

視床下部のメラニン凝集ホルモン(MCH)神経は、レム睡眠中に高い活動を示す。MCH神経は、幅広い脳領域に投射しているが、海馬や内側中隔に特に密に投射している。これまでの研究によってMCH神経を脱落させると記憶力が向上すること、逆に活性化すると、レム睡眠が増加して記憶力が低下する作用があることを見いだしている (Izawa et al., Science 2019)。MCH神経は、海馬だけでなく内側中隔にも密に投射し、内側中隔に存在するアセチルコリン作動性神経も、海馬に密に投射しており、海馬においてシータ波生成に関わっているとされている。これまでの研究から、内側中隔のアセチルコリン作動性神経を脱落させると、MCH神経脱落と同様の記憶の向上が認められたことから、視床下部-内側中隔-海馬間において、何らかの機能連関が存在し、睡眠覚醒状態に応じた脳情報動態の制御が行われている可能性が示唆された。そこで、MCH神経が内側中隔のアセチルコリン作動性神経(MS-ChAT神経)にどのように作用しているのかについて、光遺伝学を用いた解析によって明らかにした。MCH神経特異的にチャネルロドプシン2を発現するマウスとアセチルコリン作動性神経特異的にCreリコンビナーゼを発現するマウスを交配させ、そのマウスにCre依存的に赤色蛍光タンパク質tdTomatoを発現するアデノ随伴ウイルスベクターを内側中隔に局所注入して感染させた。アセチルコリン作動性神経だけがtdTomatoを発現して赤色蛍光を発するため、脳スライス標本を作成し、蛍光顕微鏡下において同定して活動記録誌ながら、MCH神経軸索末端を光遺伝学を用いて活性化させたところ、MCH神経軸索末端の活性化によって、活動電位が発生することを見いだした。このことからMCH神経がMS-ChAT神経に入力して活性化させることが明らかになった。

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

電気生理学と光遺伝学を用いた解析によって、メラニン凝集ホルモン産生神経が、内側中隔のアセチルコリン作動性神経に直接入力して活性化させることを見いだした。これによって、視床下部、内側中隔がどのように機能連関するのかについて有用な情報が得られた。

今後の研究の推進方策

視床下部、内側中隔、海馬が機能連関することを明らかにするために、内側中隔のアセチルコリン作動性神経を光遺伝学や化学遺伝学を用いて操作し、海馬機能をどのように変化させるかについて解析する。海馬にシリコンプローブを刺入し、海馬の電気活動を記録しながら、内側中隔のアセチルコリン作動性神経活動を操作することを試みる。また、MCH神経や内側中隔のアセチルコリン作動性神経への入力系路を明らかにするために経シナプス逆行性標識が可能な狂犬病ウイルスベクターを用いた解析を行う。

報告書

(1件)
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 7件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 11件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] SRI International(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Hypothalamic perifornical Urocortin-3 neurons modulate defensive responses to a potential threat stimulus2021

    • 著者名/発表者名
      Horii-Hayashi Noriko、Nomoto Kensaku、Endo Nozomi、Yamanaka Akihiro、Kikusui Takefumi、Nishi Mayumi
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 24 号: 1 ページ: 101908-101908

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.101908

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct evidence that the brain reward system is involved in the control of scratching behaviors induced by acute and chronic itch2021

    • 著者名/発表者名
      Setsu T, Hamada Y, Oikawa D, Mori T, Ishiuji Y, Sato D, Narita M, Miyazaki S, Furuta E, Suda Y, Sakai H, Ochiya T, Tezuka H, Iseki M, Inada E, Yamanaka A, Kuzumaki N, Narita M.
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 534 ページ: 624-631

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2020.11.030

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Involvement of MCH-oxytocin neural relay within the hypothalamus in murine nursing behavior2021

    • 著者名/発表者名
      Kato Yoko、Katsumata Harumi、Inutsuka Ayumu、Yamanaka Akihiro、Onaka Tatsushi、Minami Shiro、Orikasa Chitose
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1038/s41598-021-82773-5

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The impacts of age and sex in a mouse model of childhood narcolepsy.2021

    • 著者名/発表者名
      Coffey AA, Joyal AA, Yamanaka A, *Scammell TE.
    • 雑誌名

      Front Neurosci

      巻: 15 ページ: 644757-644757

    • DOI

      10.3389/fnins.2021.644757

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Involvement of A13 dopaminergic neurons located in the zona incerta in nociceptive processing: a fiber photometry study2020

    • 著者名/発表者名
      Shunpei Moriya, Akira Yamashita, Daiki Masukawa, Honami Setoyama, Yunsu Hwang, Akihiro Yamanaka, Tomoyuki Kuwaki
    • 雑誌名

      Molecular Brain

      巻: 13 号: 1 ページ: 1415-1416

    • DOI

      10.1186/s13041-020-00600-w

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dual Orexin and MCH neuron-ablated mice display severe sleep attacks and cataplexy.2020

    • 著者名/発表者名
      Hung, J.C., Ono, D., Kilduff, S.T., and Yamanaka, A.
    • 雑誌名

      eLife

      巻: なし ページ: 9-9

    • DOI

      10.7554/elife.54275

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Orexin signaling in GABAergic lateral habenula neurons modulates aggressive behavior in male mice2020

    • 著者名/発表者名
      Flanigan ME, Aleyasin H, Li L, Burnett CJ, Chan KL, LeClair KB, Lucas EK, Matikainen-Ankney B, Cuttoli RD, Takahashi A, Menard C, Pfau ML, Golden SA, Bouchard S, Calipari ES, Nestler EJ, DiLeone RJ, Yamanaka A, Huntley GW, Clem RL, Russo SJ
    • 雑誌名

      Nature Neuroscience

      巻: - 号: 5 ページ: 638-650

    • DOI

      10.1038/s41593-020-0617-7

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] VGLUT2-expressing neurons in the vestibular nuclear complex mediate gravitational stress-induced hypothermia in mice2020

    • 著者名/発表者名
      Abe C, Yamaoka Y, Maejima Y, Mikami T, Yokota S, Yamanaka A, Morita H
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 227 号: 1 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1038/s42003-020-0950-0

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Opposing Ventral Striatal Medium Spiny Neuron Activities Shaped by Striatal Parvalbumin-Expressing Interneurons during Goal-Directed Behaviors.2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshida K, Tsutsui-Kimura I, Kono A, Yamanaka A, Kobayashi K, Watanabe M, Mimura M, *Tanaka KF.
    • 雑誌名

      Cell Rep

      巻: 31 号: 13 ページ: 107829-107829

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2020.107829

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Green-Sensitive, Long-Lived, Step-Functional Anion Channelrhodopsin-2 Variant as a High-Potential Neural Silencing Tool2020

    • 著者名/発表者名
      Kojima Keiichi、Miyoshi Natsuki、Shibukawa Atsushi、Chowdhury Srikanta、Tsujimura Masaki、Noji Tomoyasu、Ishikita Hiroshi、Yamanaka Akihiro、Sudo Yuki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 11 号: 15 ページ: 6214-6218

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c01406

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Identification of substances which regulate activity of corticotropin-releasing factor-producing neurons in the paraventricular nucleus of the hypothalamus.2020

    • 著者名/発表者名
      Mukai Y, Nagayama A, Itoi K, *Yamanaka A.
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 10 号: 1 ページ: 13639-13639

    • DOI

      10.1038/s41598-020-70481-5

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The mammalian circadian pacemaker regulates wakefulness via CRF neurons in the paraventricular nucleus of the hypothalamus.2020

    • 著者名/発表者名
      *Ono D, Mukai Y, Hung CJ, Chowdhury S, Sugiyama T, *Yamanaka A.
    • 雑誌名

      Sci Adv

      巻: 6(45) 号: 45 ページ: 0384-0384

    • DOI

      10.1126/sciadv.abd0384

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Serotonergic projections to the orbitofrontal and medial prefrontal cortices differentially modulate waiting for future rewards2020

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki K, Miyazaki KW, Sivori G, Yamanaka A, Tanaka KF, Doya K
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 6 号: 48 ページ: 7246-7246

    • DOI

      10.1126/sciadv.abc7246

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Animal Models of Narcolepsy and the Hypocretin/Orexin System: Past, Present, and Future.2020

    • 著者名/発表者名
      Tisdale RK, Yamanaka A, *Kilduff TS.
    • 雑誌名

      Sleep

      巻: - 号: 6

    • DOI

      10.1093/sleep/zsaa278

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Accumbal D2R-medium spiny neurons regulate aversive behaviors through PKA-Rap1 pathway.2020

    • 著者名/発表者名
      Lin, Y-H., Yamahashi, Y., Kuroda, K., Faruk M. O., Zhang, X., Yamada, K., Yamanaka, A., Nagai, T., Kaibuchi, K.
    • 雑誌名

      Neurocham. Int.

      巻: 143 ページ: 104935-104935

    • DOI

      10.1016/j.neuint.2020.104935

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] ナルコレプシーモデルマウスを用いた症状発現メカニズムの解明.2021

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      第30回日本臨床精神神経薬理学会学術集会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 睡眠、概日リズムの神経制御メカニズム.2021

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      脳とこころの研究センター ウインタースクール
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 視床下部神経細胞による睡眠覚醒調節機構.2021

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      第98回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The role of melanin concentrating hormone-producing neurons in the regulation of sleep and memory.2020

    • 著者名/発表者名
      Yamanaka A
    • 学会等名
      25th Congress of the European Sleep Research Society
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Regulation of sleep and memory by the hypothalamic neurons.2020

    • 著者名/発表者名
      Yamanaka A
    • 学会等名
      Molecular Cellular Cognition Society (MCCS)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Identification of neural pathway which converts circadian rhythm to sleep/wakefulness.2020

    • 著者名/発表者名
      Yamanaka A
    • 学会等名
      2020 Oriental International Sleep Medicine Summit Forum
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 睡眠覚醒と記憶の制御メカニズム.2020

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      第43回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 視床下部神経による睡眠覚醒と記憶の制御.2020

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      第31回東海睡眠障害研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] he suprachiasmatic nucleus regulates wakefulness via CRF neurons in the paraventricular nucleus of the hypothalamus.2020

    • 著者名/発表者名
      Ono D, Mukai Y, Hung CJ, Chowdhury S, Sugiyama T, Yamanaka A.
    • 学会等名
      第27回日本時間生物学会学術大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 睡眠覚醒調節機構とその破綻による睡眠障害のメカニズム.2020

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      第65回日本口腔外科学会総会・学術大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Neural pathway which converts circadian rhythm to sleep/wakefulness.2020

    • 著者名/発表者名
      山中章弘
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] Optogenetics-Light-Sensing Proteins and Their Applications in Neuroscience and Beyond-Second Edition2021

    • 著者名/発表者名
      Chowdhury S, Yamanaka A*
    • 総ページ数
      663
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9789811587627
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-09-05  

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