マウス呼吸神経回路発達過程におけるGABAの役割

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13680882
• 研究機関: 帝京大学
• 研究代表者: 桑名 俊一 帝京大学, 医学部, 講師 (70129998)
• 研究分担者: 岡田 泰昌 慶應大学, 医学部, 講師 (80160688) ; 長井 孝紀 慶應大学, 医学部, 教授 (50130026) ; 菅原 美子 帝京大学, 医学部, 講師 (20082191)
• キーワード: GABA / GAD67 / ノックアウトマウス / 呼吸リズム / 呼吸パターン / 呼吸ニューロン / 単離脳幹脊髄標本 / ホールセル記録

研究概要

本研究は、呼吸神経回路の発達過程におけるGABAの役割を解明するため、GAD67(GABA合成酵素;グルタミン酸デカルボキシラーゼ)遺伝子ノックアウトマウス(GAD67-/-)を用い、その中枢性の呼吸調節について検討することを目的とした。GAD67-/-マウスは出生後約6時間で死亡するが、これは上気道奇形(口蓋裂)に伴う換気障害によるものと考えられていた。生後2-4時間のGAD67-/-新生マウスの呼吸様式を無麻酔非拘束(in vivo)状態でwhole body plethysmographyにより解析を行った。室内気吸入下でGAD67+/+は規則正しい呼吸を示したのに対し、GAD67-/-は大きなgasp様呼吸とそれに続く不規則で浅い異常呼吸を示し、無呼吸も頻繁に出現した。また、低酸素や高炭酸ガスに対する、呼吸応答も減弱していた。次に、末梢の影響を除外した単離脳幹脊髄(in vitro)標本を作製し、C4前根からの呼吸性神経活動を解析した。この条件においても、GAD67-/-の呼吸性リズムは不規則であり、吸息時間の短い呼吸パターンを示していた。低酸素液あるいは高炭酸ガス液潅流に対する呼吸応答、すなわち化学感受性も減弱していた。さらに、ホールセルパッチ法を用いて延髄腹外側部の呼吸性ニューロンの活動を記録した結果、GAD67+/+では吸息時に大きな脱分極を示す吸息性ニューロンも、GAD67-/-においては脱分極持続時間が短く発生する活動電位の数も少なかった。以上の結果より、GAD67-/-は気道の形態異常だけでなく中枢性の呼吸調節機構においても機能異常をもつことが確認された。胎児期における中枢神経内のGABAは呼吸神経回路網機能の発達に必須であり、その不足により重篤な呼吸機能障害が惹起されると結論した。

研究成果

• [文献書誌] Kuwana Shun-ichi: "Disturbance of neural respiratory control in neonatal mice lacking GABA synthesizing enzyme 67-kDa isoform of glutamic acid decarboxylase."Neuroscience. 120. 861-870 (2003)
• [文献書誌] Sakuraba Shigeki: "Effects of neuromuscular blocking agents on central respiratory control in the isolated brainstem-spinal cord of the neonatal rat."Neuroscience Res.. 47. 289-298 (2003)
• [文献書誌] Kuwana Shun-ichi: "Role of GABA in central respiratory control studied in mice lacking GABA-synthesizing enzyme 67-kDa isoform of glutamic acid decarboxylase."Adv Exp Med Biol.. (in press). (2004)
• [文献書誌] Okada Yasumasa: "Electrical stimulation of the rabbit pulmonary artery increases respiratory output."Respiratory Physiology & Neurobiology. (in press). (2004)
• [文献書誌] Kashiwagi Masanori: "Neuronal mechanism of propofol-induced central respiratory depression in neonatal rats."Anesthesia and Analgesia. (in press). (2004)
• [文献書誌] Yasumasa Okada: "Functional connection from the surface chemosensitive region to the respiratory neuronal network in the rat medulla."Adv Exp Med Biol.. (in press). (2004)