概日時計が制御するシンギュラリティー神経回路の探索

• 研究領域: シンギュラリティ生物学
• 研究課題/領域番号: 21H00422
• 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: 小野 大輔 名古屋大学, 環境医学研究所, 講師 (30634224)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 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: 概日リズム / 神経回路 / 光操作 / 体温 / 視交叉上核 / 体温調節 / 視床下部 / 日内休眠 / 生物発光

研究開始時の研究の概要

生体の時間調節機構に重要な役割を持つのが概日時計である。この概日時計は、睡眠・覚醒といった生体の２４時間のリズムを作り出すぺースメーカーとして機能し、その中枢概日時計が、脳内の視床下部に位置する視交叉上核に存在する。この視交叉上核を電気的に破壊すると、２４時間の体内のリズムが破綻し、様々な生理機能の時間的秩序が崩壊する事から、生理機能のタイミングに視交叉上核が重要な役割を持つことが示唆されている。本研究では、マウスの生理機能のタイミングを調節する神経メカニズムを明らかにし、概日時計が制御するシンギュラリティ神経回路の同定を目指す。

研究実績の概要

実験動物であるマウスを低温環境で給餌を一時的に行わない絶食条件にすると、能動的低代謝を示し体温が室温にまで低下する。この低代謝状態を休眠と呼ぶ。これまでの申請者の研究から、この休眠導入のタイミングは絶食を開始するタイミングが明期か暗期かに関わらず、暗期の後半から明け方にみられる事が分かってきた。つまり、低温・絶食により何らかの負債が体内で蓄積し（休眠負債と定義する）、その条件で生体が示す特定の時間がくると休眠に入ることが可能になる。ここで生体の時間調節機構として概日時計が重要な役割を持つと考えられる。睡眠・覚醒などの生理機能の２４時間のリズムを調節しているのが、この概日時計である。本研究では、低温・絶食により蓄積する休眠負債因子が作用する神経細胞と、概日時計により制御される神経細胞がオーバーラップする神経細胞群を、休眠を誘導するシンギュラリティー細胞とし、７千万あるというマウスの神経細胞の中から、その細胞と神経回路を見つけ出す。
今年度は視交叉上核の活性化により、日内休眠が抑制されるという事から、日内休眠を誘導する脳領域の同定を行った。その結果、複数の脳領域が視交叉上核からの入力を受け、神経活動が抑制され、その結果日内休眠が抑制されている事を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 北京大学(中国)
• [雑誌論文] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in the suprachiasmatic nucleus (2023)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Ono, Huan Wang, Chi Jung Hung, Hsin-Tzu Wang, Naohiro Kon, Akihiro Yamanaka, Yulong Li, Takashi Sugiyama
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 号: 1
  • DOI: 10.1126/sciadv.abq7032
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Serotonergic neurons control cortical neuronal intracellular energy dynamics by modulating astrocyte-neuron lactate shuttle (2023)
  • 著者名/発表者名: Natsubori Akiyo、Hirai Shinobu、Kwon Soojin、Ono Daisuke、Deng Fei、Wan Jinxia、Miyazawa Momoka、Kojima Takashi、Okado Haruo、Karashima Akihiro、Li Yulong、Tanaka Kenji F.、Honda Makoto
  • 雑誌名: iScience 巻: 26 号: 1 ページ: 105830-105830
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.105830
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Level of constitutively expressed BMAL1 affects the robustness of circadian oscillations (2022)
  • 著者名/発表者名: Padlom Apirada、Ono Daisuke、Hamashima Rio、Furukawa Yuko、Yoshimura Takashi、Nishiwaki-Ohkawa Taeko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 19519-19519
  • DOI: 10.1038/s41598-022-24188-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neural circuits in the central circadian clock and their regulation of sleep and wakefulness in mammals (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono, D.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 182 ページ: 44932-44932
  • DOI: 10.1016/j.neures.2022.05.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional Interaction Between GABAergic Neurons in the Ventral Tegmental Area and Serotonergic Neurons in the Dorsal Raphe Nucleus (2022)
  • 著者名/発表者名: Rahaman Sheikh Mizanur、Chowdhury Srikanta、Mukai Yasutaka、Ono Daisuke、Yamaguchi Hiroshi、Yamanaka Akihiro
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 16 ページ: 808754-808754
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.877054
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conditional Knockout of Bmal1 in Corticotropin-Releasing Factor Neurons Does Not Alter Sleep-Wake Rhythm in Mice. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hung CJ, Yamanaka A, *Ono D.
  • 雑誌名: Front Neurosci 巻: 15 ページ: 808754-808754
  • DOI: 10.3389/fnins.2021.808754
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The food-entrainable oscillator is a complex of non-SCN activity bout oscillators uncoupled from the SCN circadian pacemaker (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishide, S., Suzuki, Y., Ono, D., Honma, S., and Honma, K.
  • 雑誌名: Journal of Biological Rhythms 巻: 36(6) 号: 6 ページ: 575-588
  • DOI: 10.1177/07487304211047937
  • 査読あり
• [雑誌論文] CHRONO and DEC1/DEC2 compensate for lack of CRY1/CRY2 in expression of coherent circadian rhythm but not in generation of circadian oscillation in the neonatal mouse SCN. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono D, Honma KI, Schmal C, Takumi T, Kawamoto T, Fujimoto K, Kato Y, Honma S.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 11 号: 1 ページ: 19240-19240
  • DOI: 10.1038/s41598-021-98532-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Editorial: Development of Circadian Clock Functions (2021)
  • 著者名/発表者名: Myung Jihwan、Nakamura Takahiro J.、Jones Jeff R.、Silver Rae、Ono Daisuke
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 15 ページ: 735007-735007
  • DOI: 10.3389/fnins.2021.735007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reversible modulation of circadian time with chronophotopharmacology (2021)
  • 著者名/発表者名: Kolarski Dusan、Mir-Vinyals Carla、Sugiyama Akiko、Srivastava Ashutosh、Ono Daisuke、Nagai Yoshiko、Iida Mui、Itami Kenichiro、Tama Florence、Szymanski Wiktor、Hirota Tsuyoshi、Feringa Ben L.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 3164-3164
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23301-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Roles of Neuropeptides, VIP and AVP, in the Mammalian Central Circadian Clock (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono Daisuke、Honma Ken-ichi、Honma Sato
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 15 ページ: 650154-650154
  • DOI: 10.3389/fnins.2021.650154
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in the suprachiasmatic nucleus (2023)
  • 著者名/発表者名: 小野大輔，Huan Wang, Chi Jung Hung, Hsin-tzu Wang, 山中章弘，Yulong Li, 杉山崇
  • 学会等名: 第100回日本生理学会
• [学会発表] The central circadian clock regulates wakefulness via CRF neurons in the hypothalamus (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono, D.
  • 学会等名: Journal of Neurochemistry Mini-meet
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in mouse suprachiasmatic nucleus (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono, D., Wang, H., Hung, J.C., Wang, T.H., Kon, N., Yamanaka, A., Li, Y., and Sugiyama, T.
  • 学会等名: International Symposium on Chronogenesis
  • 国際学会
• [学会発表] Network-driven intracellular cAMP coordinates circadian rhythm in mouse suprachiasmatic nucleus (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono, D.
  • 学会等名: 第29回日本時間生物学会
• [学会発表] Network driven circadian cAMP rhythm in the mouse suprachiasmatic nucleus (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono, D., Hung, J.C.,Yamanaka. A., and Sugiyama, T.
  • 学会等名: NEURO2022
• [学会発表] Circadian output pathways from the suprachiasmatic nucleus that control sleep and wakefulness (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono, D.
  • 学会等名: 第99回日本生理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 中枢概日時計細胞の同期・非同期状態と生後発達 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野大輔
  • 学会等名: 第72回コロイドおよび界面化学討論会
  • 招待講演
• [学会発表] The central circadian clock regulates wakefulness via CRF neurons in the hypothalamus (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono, D., Mukai, Y., Hung, C. J, Chowdury, S., Sugiyama, T., and Yamanaka A.
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
• [学会発表] Optical recording of intracellular cAMP rhythms in the mouse suprachiasmatic nucleus (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野大輔，Chi Jung Hung，杉山崇，山中章弘
  • 学会等名: 第28回日本時間生物学会
• [学会発表] The suprachiasmatic nucleus regulates wakefulness via CRF neurons in the hypothalamus (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono, D.
  • 学会等名: 5th Asian forum on chronobiology
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 体内時計中枢における細胞内 cAMP の機能を解明
  • URL: https://www.med.nagoya-u.ac.jp/medical_J/research/pdf/Sci_230105.pdf
• [備考] My home page
  • URL: https://daiono14.wixsite.com/circadianrhythm
• [備考] 研究ユニットHP
  • URL: https://daiono14.wixsite.com/circadianrhythm