計画研究
我々の研究グループは、遺伝子操作を利用して神経回路を操作・改変する新規技術の開発を進めてきた。本研究では、我々の遺伝子改変技術をさらに発展させ、第一に、神経回路の経路選択的な活動制御を目的に、光や化学物質に応答する膜タンパク質を目的の神経路に導入し、任意の時期に活動を調節する新しい技術（光遺伝学および化学遺伝学）の開発に取り組み、第二に、学習のプロセスに伴って回路が機能シフトをおこす神経機構について、大脳皮質―基底核ループを介するメカニズムの解明に取り組むことを目的にしている。本年度は、細胞種特異的な遺伝子発現システムを利用して、遺伝子改変ラットにおいて線条体の直接路・間接路細胞を同定し、刺激弁別課題中の特定神経細胞の活動を記録する実験系をセットアップした。Cre発現ラットに、ウィルスベクターを注入し、組み換え反応を介して細胞タイプ特異的にチャネルロドプシン遺伝子の発現を誘導し、レーザー刺激により活性化する神経細胞を同定した。化学遺伝学による経路選択的な活動制御のために、昆虫イオン塔型受容体と線虫抑制性イオンチャネルを用いて、線条体直接路・間接路細胞の選択的制御技術を構築した。これらの導入遺伝子を発現するレポーターラット系統およびウィルスベクター系を開発し、細胞タイプ特異的な受容体遺伝子の発現を確認し、活動変化に基づく行動への影響を解析する実験系を確立した。学習プロセスにおける回路の遷移に関わる神経機構を解明するために、大脳皮質―基底核ループ回路に着目し、背内側線条体 (DMS)、背外側線条体 (DLS)、側坐核 (NAc)の寄与を明らかにした。また、学習プロセスの過程で起こる脳内の機能シフトの動態を把握するために、陽電子放射断層撮影法 (positron emission tomography; PET) を用いて脳活動の時間依存的な変化を解析した。
2: おおむね順調に進展している
光遺伝学および化学遺伝学の技術を、線条体直接路、間接路の機能解析に応用するまでの技術を確立し、刺激弁別行動の解析のセットアップを行った。また、刺激弁別学習の獲得と実行プロセスの解析について、DLS, DMS、NAcの役割を明らかにするともに、PETを導入し、学習過程での脳活動の時間依存的変化を解析した。
今年度は、細胞特異的な光遺伝学技術を応用し、遺伝子改変ラットの線条体における直接路・間接路細胞を同定し、刺激弁別課題中の特定神経細胞の活動を記録する。Tac1-Cre、D2R-Creラットに、ウィルスベクターを注入し、組み換え反応を介して、細胞タイプ特異的にチャネルロドプシン遺伝子の発現を誘導する。レーザー刺激により活性化する神経細胞を同定し、課題遂行中の活動を記録する。細胞種特異的な化学遺伝学による経路選択的な活動制御のために、ウィルスベクターかレポーターラットを利用して、線条体の直接路・間接路細胞において昆虫イオン透過型受容体あるいは線虫イオンチャネル遺伝子を発現させる。これらのラットに選択的リガンドを注入し、細胞活動の変化を測定するとともに、活動変化に基づく刺激弁別行動への影響を解析する。また、学習プロセスの過程で起こる脳内の機能シフトの動態を把握するために、陽電子放射断層撮影法 (positron emission tomography; PET) を用いて脳活動の時間依存的な変化の解析を進めてきた。平成２８年度までに、聴覚弁別学習の獲得過程の初期に背側線条体を中心とする神経領域の活動性が増加し、後期には尾側線条体（聴覚線条体）を中心とする神経領域の活動性の増加に遷移する現象が認められた。本年度は、このネットワークの変化の動態をさらに詳細に解析するために、学習過程での線条体領域での神経活動を電気生理学的に評価するとともに、それぞれの領域を不活化することによって学習形成に与える影響を解析する。
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すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)
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