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セロトニン神経とアストロサイト代謝ネットワークによるエネルギー恒常性維持の解明

公募研究

研究領域グリアデコーディング:脳-身体連関を規定するグリア情報の読み出しと理解
研究課題/領域番号 21H05641
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
研究機関公益財団法人東京都医学総合研究所

研究代表者

夏堀 晃世  公益財団法人東京都医学総合研究所, 精神行動医学研究分野, 主席研究員 (20732837)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードATP / セロトニン神経 / アストロサイト / オプトジェネティクス / ファイバフォトメトリー / 乳酸シャトル / 脳代謝 / 脳血流
研究開始時の研究の概要

本研究は、遺伝子工学に基づく神経活動の光操作と脳代謝活動の生体計測を組み合わせ、グリア細胞の一種であるアストロサイトが、動物の覚醒神経の一つであるセロトニン神経による活動制御を受けて、動物の覚醒時に近傍神経の細胞内エネルギーを増加させる仕組みを解明する。さらに、このセロトニンーアストロサイトの代謝ネットワークによる神経エネルギー調節機構が、神経の発火活動や記憶などの脳機能の適正化に必要であることを証明する。

研究実績の概要

本研究は、グリア細胞の一種であるアストロサイトが覚醒神経の一つであるセロトニン神経による活動制御を受けて、動物の覚醒時に近傍神経の細胞内エネルギーを増加させる仕組みを解明した。具体的には、縫線核セロトニン神経の光操作とアストロサイト・脳代謝動態の生体計測を組み合わせ、アストロサイトの2種類の代謝調節活動(近傍神経への乳酸供給活動と局所血流調節機能)がセロトニン神経からの調節を受けて変動し、皮質神経の細胞内ATP濃度の増加に寄与するという仮説を検証した。
まずアストロサイトから近傍神経への乳酸供給活動のセロトニン神経性調節の検証として、Tph2-ChR2マウスを用いた縫線核セロトニン神経の光活性化による、皮質アストロサイトの細胞内cAMPシグナル(乳酸産生トリガーシグナル)の活性化と細胞外乳酸の増加を明らかにし、セロトニン入力による皮質アストロサイトの乳酸供給活動促進を示した。次に薬理実験により、このセロトニン入力によるアストロサイトから近傍神経への乳酸供給活動促進は、皮質神経のATP濃度増加に寄与することを明らかにした。さらにDREADDシステムを用い、縫線核セロトニン神経の活動抑制による皮質神経のATP濃度の覚醒時上昇の抑制を確認し、セロトニン神経性調節はおそらくアストロサイト活動・機能を介した神経ATP濃度の最適化に必要であることを示した。
次にアストロサイトの局所血流調節活動のセロトニン神経性調節の検証として、セロトニン神経光活性化による皮質アストロサイトのCa2+シグナル活性化と二峰性の皮質血流変動を明らかにした。このセロトニン依存性の皮質血流変動の増加成分がアストロサイト活動の抑制処置により減少したことから、アストロサイトはセロトニン入力下で血流増加方向の調節作用を示すことが明らかとなった。

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。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Serotonergic neurons control cortical neuronal intracellular energy dynamics by modulating astrocyte-neuron lactate shuttle2023

    • 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

    • 関連する報告書
      2022 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] Region-specific involvement of ventral striatal dopamine D2 receptor-expressing medium spiny neurons in nociception.2022

    • 著者名/発表者名
      Natsubori, A, Miyazawa, M., Kojima, T., Honda, M.
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 22 ページ: 00298-00298

    • DOI

      10.1016/j.neures.2022.12.008

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] アストロサイトのエネルギー代謝調節機能と役割2022

    • 著者名/発表者名
      夏堀 晃世
    • 雑誌名

      ファルマシア

      巻: 58 号: 9 ページ: 877-881

    • DOI

      10.14894/faruawpsj.58.9_877

    • ISSN
      0014-8601, 2189-7026
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] The Mlc1 Promoter Directs M?ller Cell-specific Gene Expression in the Retina2022

    • 著者名/発表者名
      Danjo Yosuke、Shinozaki Youichi、Natsubori Akiyo、Kubota Yuto、Kashiwagi Kenji、Tanaka Kenji F.、Koizumi Schuichi
    • 雑誌名

      Translational Vision Science & Technology

      巻: 11 号: 1 ページ: 25-25

    • DOI

      10.1167/tvst.11.1.25

    • 関連する報告書
      2021 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] 脳のエネルギー恒常性維持を担うロジスティクス機構2021

    • 著者名/発表者名
      夏堀 晃世
    • 雑誌名

      日本神経回路学会誌

      巻: 28 号: 2 ページ: 87-92

    • DOI

      10.3902/jnns.28.87

    • NAID

      130008062344

    • ISSN
      1340-766X, 1883-0455
    • 年月日
      2021-06-05
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] FoxG1 regulates the formation of cortical GABAergic circuit during an early postnatal critical period resulting in autism spectrum disorder-like phenotypes2021

    • 著者名/発表者名
      Miyoshi Goichi、Ueta Yoshifumi、Natsubori Akiyo、Hiraga Kou、Osaki Hironobu、Yagasaki Yuki、Kishi Yusuke、Yanagawa Yuchio、Fishell Gord、Machold Robert P、Miyata Mariko
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 3773-3773

    • DOI

      10.1038/s41467-021-23987-z

    • NAID

      120007125060

    • 関連する報告書
      2021 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] 縫線核セロトニン神経による脳内エネルギー代謝調節機構2023

    • 著者名/発表者名
      夏堀 晃世
    • 学会等名
      第100回 日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] セロトニン神経とアストロサイト代謝ネットワークによるエネルギー恒常性維持の解明2023

    • 著者名/発表者名
      夏堀 晃世
    • 学会等名
      第5回グリアデコード領域会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] セロトニン神経調節下のアストロサイトによる脳内エネルギー代謝調節機構2022

    • 著者名/発表者名
      夏堀 晃世
    • 学会等名
      第45回 日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 睡眠覚醒に伴う脳内エネルギー代謝調節におけるセロトニン神経の役割2022

    • 著者名/発表者名
      夏堀 晃世
    • 学会等名
      TOBIRA 第10回研究交流フォーラム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] セロトニン神経とアストロサイト代謝ネットワークによるエネルギー恒常性維持の解明2022

    • 著者名/発表者名
      夏堀 晃世
    • 学会等名
      第4回グリアデコード領域会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 睡眠覚醒に伴う神経細胞内ATP動態とそれを支える脳のエネルギー代謝活動2021

    • 著者名/発表者名
      夏堀 晃世
    • 学会等名
      日本睡眠学会 第46回定期学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Intracellular ATP levels in mouse cortical excitatory neurons varies with sleep-wake states2021

    • 著者名/発表者名
      夏堀 晃世
    • 学会等名
      日本睡眠学会 第46回定期学術集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] State-dependent regulation of cortical neuronal ATP dynamics2021

    • 著者名/発表者名
      Akiyo Natsubori
    • 学会等名
      第44回 日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] 睡眠医療2021

    • 著者名/発表者名
      夏堀 晃世
    • 総ページ数
      4
    • 出版者
      株式会社 ライフ・サイエンス
    • ISBN
      9784898017166
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-10-22   更新日: 2023-12-25  

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