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2018 年度 実施状況報告書

オプトジェネティクスを用いた新生児ラット呼吸中枢の解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K07003
研究機関昭和大学

研究代表者

鬼丸 洋  昭和大学, 医学部, 客員教授 (30177258)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード呼吸リズム / トランスジェニックラット / オプトジェネティクス / チャネルロドプシン / 吻側腹外側延髄 / 新生児ラット / 脳幹‐脊髄標本 / Phox2b
研究実績の概要

ChRFR発現陽性新生児ラットから,脳幹-脊髄標本を作製し,吸息性活動をモニターし,吻側腹外側延髄に青色LED光を照射し,呼吸リズムの変化を調べた.またこの領域の呼吸性ニューロンから膜電位を記録し,光照射刺激の効果を調べた.呼吸リズムは,LED光の照射によって,3倍以上まで促進した.吻側腹外側延髄に短時間の光刺激(0.5-1s)を行うことによって,呼吸リズムがリセットされた.ChRFRを発現しているPhox2b陽性Pre-Iニューロンは,光刺激により8.8mVの脱分極を示した.ChRFR陰性(Phox2b陰性)のPre-Iニューロンも9.1mVの脱分極を示した.さらに,ChRFRを発現している吸息性ニューロンは光刺激に応答して 10.3mVの脱分極を示した.一方,ChRFR陰性(Phox2b陰性)の吸息性ニューロンの光刺激に対する膜電位変化は,ニューロンのサブタイプによって異なった:タイプI(Pre-IからEPSPを受けるもの)は2.6mVの脱分極,タイプII(Pre-IからEPSPもIPSPも受けないもの)は0.4mVで変化なし,タイプIII(Pre-IからIPSPを受けるもの)は-2.0mVの過分極を示した.また,呼息性ニューロン(ChRFR陰性)のうち,Pre-I 及び吸息性ニューロンから抑制を受けるタイプは,-5.8mVの過分極を示した.さらにTTX存在下では,ニューロンのサブタイプに依らず,ChRFR発現ニューロンは,光刺激に応答して8.7mVの脱分極を示したが,ChRFR陰性ニューロンは膜電位変化を示さなかった  (0.02mV).光刺激に対する膜電位応答は,チャネルロドプシンを発現していない呼吸性ニューロンでは,Pre-Iニューロンとのシナプス結合のタイプに依存した.これらの結果をもとに,延髄呼吸中枢の詳細な局所神経ネットワークの構築を行うことができた.

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

チャネルロドプシン発現ラットの新生児摘出脳幹‐脊髄標本を用いた呼吸中枢神経回路の研究では,ほぼ必要なデータがそろったと思われる.結果の一部は,論文として,Scientific Reports (2018) 8:5435,Brain Res Bull 144 (2019) 39-45に発表した.チャネルロドプシン発現ラットを用いた呼吸中枢の局所回路詳細な解析結果は,現在論文投稿中である.

今後の研究の推進方策

論文発表を早期に実現する.

次年度使用額が生じた理由

FAOPS2019(アジア・オセアニア生理学会)が3月末に行われたため,旅費の処理が次年度に持ち越された.および現在投稿中の論文の処理が,次年度に持ち越されるため.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Effects of Feeding-Related Peptides on Neuronal Oscillation in the Ventromedial Hypothalamus.2019

    • 著者名/発表者名
      Iigaya K, Minoura Y, Onimaru H, Kotani S, Izumizaki M.
    • 雑誌名

      J Clin Med

      巻: 8 ページ: E292

    • DOI

      10.3390/jcm8030292.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Inhibitory Thoracic Interneurons are not Essential to Generate the Rostro-caudal Gradient of the Thoracic Inspiratory Motor Activity in Neonatal Rat.2019

    • 著者名/発表者名
      Oka A, Iizuka M, Onimaru H, Izumizaki M.
    • 雑誌名

      Neuroscience

      巻: 397 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2018.11.037

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of the neuronal network of the medullary respiratory center in transgenic rats expressing archaerhodopsin-3 in Phox2b-expressing cells.2019

    • 著者名/発表者名
      Ikeda K, Kaneko R, Yanagawa Y, Ogawa M, Kobayashi K, Arata S, Kawakami K, Onimaru H.
    • 雑誌名

      Brain Res Bull.

      巻: 144 ページ: 39-45

    • DOI

      10.1016/j.brainresbull.2018.11.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Expressions of VGLUT1/2 in the inspiratory interneurons and GAD65/67 in the inspiratory Renshaw cells in the neonatal rat upper thoracic spinal cord.2018

    • 著者名/発表者名
      Iizuka M, Ikeda K, Onimaru H, Izumizaki M.
    • 雑誌名

      IBRO Rep.

      巻: 4 ページ: 24-32

    • DOI

      10.1016/j.ibror.2018.08.001.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Expression of Galanin in the Parafacial Respiratory Group and its Effects on Respiration in Neonatal Rats.2018

    • 著者名/発表者名
      Bautista TG, Fong AY, Pilowsky PM, Ikeda K, Kawakami K, Spirovski D, Onimaru H.
    • 雑誌名

      Neuroscience

      巻: 384 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2018.05.009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Targeted expression of step-function opsins in transgenic rats for optogenetic studies.2018

    • 著者名/発表者名
      Igarashi H, Ikeda K, Onimaru H, Kaneko R, Koizumi K, Beppu K, Nishizawa K, Takahashi Y, Kato F, Matsui K, Kobayashi K, Yanagawa Y, Muramatsu SI, Ishizuka T, Yawo H.
    • 雑誌名

      Sci Rep.

      巻: 8 ページ: 5435

    • DOI

      10.1038/s41598-018-23810-8.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Confocal calcium imaging analysis of respiratory-related burst activity in the parafacial region.2018

    • 著者名/発表者名
      Onimaru H, Nakamura S, Ikeda K, Kawakami K, Inoue T.
    • 雑誌名

      Brain Res Bull.

      巻: 139 ページ: 16-20

    • DOI

      0.1016/j.brainresbull.2018.01.013.

    • 査読あり
  • [学会発表] Responses to hypercapnia and hypoxia of Phox2b-positive cells in the ventral medulla of newborn rats2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Onimaru, Keiko Ikeda, Hiroyuki Igarashi, Hiromu Yawo, Kazuto Kobayashi, Satoru Arata, Kiyoshi Kawakami, Masahiko Izumizaki
    • 学会等名
      FAOPS2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Vaginal delivery is a strong adaptation signal to start spontaneous breathing2019

    • 著者名/発表者名
      Keiko Ikeda, Hiroshi Onimaru, Kiyoshi Kawakami
    • 学会等名
      FAOPS2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Imaging analysis of respiratory-related burst activity in the parafacial region of newborn rat2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Onimaru, Shiro Nakamura, Keiko Ikeda, Kiyoshi Kawakami, Tomio Inoue
    • 学会等名
      FENS
    • 国際学会
  • [学会発表] Respiratory rhythm generation under the reduced mutual excitatory synaptic connections2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Onimaru, Sayumi Kotani, Saki Yagura, Shih Tien Lin, Masahiko Izumizaki
    • 学会等名
      第94回日本生理学会大会
  • [学会発表] Optognetic analysis of neuronal mechanisms of respiratory rhythm generation in transgenic rats expressing channelrhodopsin in Phox2b-positive cells2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Onimaru, Keiko Ikeda, Hiroyuki Igarashi, Hiromu Yawo, Kazuto Kobayashi, Satoru Arata, Kiyoshi Kawakami
    • 学会等名
      第41回日本神経科学会

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公開日: 2019-12-27  

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