線条体の回路特異的アストロサイトーニューロン連関の役割

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H02216
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 田中 光一 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (80171750)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: アストロサイト / 線条体 / 直接路 / 間接路

研究実績の概要

アストロサイトは、脳の情報処理にとって神経細胞に勝るとも劣らない重要な細胞であることが認識されてきた。さらに、脳部位により形態・細胞内カルシウム緩衝能力・pH感受性など異なった特徴を持つサブタイプに分かれることが知られている。しかし、神経細胞に比べアストロサイトの多様性がどのように脳高次機能に関与するかは不明である。本研究では、大脳基底核に着目し、最新の光遺伝学と遺伝子改変技術を駆使し、直接路と連関するアストロサイト及び間接路と連関するアストロサイトの形態学的・分子生物学的違いやそれらの活性化が運動機能に及ぼす影響を個体レベルで明らかにする。本年度は、
1. D1R-AsおよびD2R-As特異的マーカー遺伝子の妥当性の検証を行った。
平成29年度に同定したD1R-As特異的マーカー遺伝子(D1R-AsM)とD2R-As特異的マーカー遺伝子(D2R-AsM)に蛍光Ca2+センサーGCaMP7をノックインしたマウスを作成した(D1R-AsM-GCaMP7とD2R-AsM-GCaMP7マウス)。作成したD1R-AsM-GCaMP7マウス・D2R-AsM-GCaMP7マウスをD1R-tTAマウス・D2R-tTAマウスと交配し、D1R-tTA/D1R-AsM-GCaMP7, D2R-tTA/D2R-AsM-GCaMP7, D2R-tTA/D1R-AsM-GCaMP7, D1R-tTA/D2R-AsM-GCaMP7マウスを作成した。
2.D1R-AsとD2R-Asを特異的に活性化し、運動機能における影響を解明
平成29年度に同定したD1R-As特異的マーカー遺伝子(D1R-AsM)とD2R-As特異的マーカー遺伝子(D2R-AsM)にCre酵素をノックインしたマウスを作成した(D1R-AsM-CreとD2R-AsM-Creマウス)。

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

作成予定であったD1R-As特異的マーカー遺伝子(D1R-AsM)とD2R-As特異的マーカー遺伝子(D2R-AsM)に蛍光Ca2+センサーGCaMP7をノックインしたマウス、Creをノックインしたマウスの作成を完了したから。

今後の研究の推進方策

1. D1R-As及びD2R-Asの局在・形態および連関するニューロンとの空間的関係の解析
D1R-As特異的マーカー遺伝子(D1R-AsM)にGFP、D2R-As特異的マーカー遺伝子(D2R-AsM)にtdTomatoをノックインしたマウスを作成する(D1R-AsM-GFPとD2R-AsM-tdTomato7マウス) 。D1R-AsM-GFPマウスとD2R-AsM-tdTomatoマウス交配し、D1R-As及びD2R-Asの形態および線条体における局在を解析する。さらに、D1R-AsM-GFPとD1R-tdTomato(D1R遺伝子座にtdTomatoをノックインしたマウス：Jacksonより入手)、D2R-AsM-tdTomatoとD2R-GFPマウス(D2R遺伝子座にGFPをノックインしたマウス：Jacksonより入手)を交配し、連関するアストロサイトとニューロンの空間的関係を解析する。
2.D1R-AsとD2R-Asを特異的に活性化し、運動機能における影響を明らかにする
D1R-AsM-CreとD2R-AsM-Creマウスを、ROSA-LSL-hM3Dqマウス（ジャクソンより入手済み）と交配し、人工リガンドであるclozapine-N-Oxide(CNO)投与により、D1R-AS及びD2R-As特異的に細胞内Ca2+濃度を上昇させ、運動機能（自発運動量、協調運動、繰り返し行動など）に及ぼす影響を解析する。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Edinburgh/Heriot-Watt University(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: The University of Edinburgh/Heriot-Watt University
• [国際共同研究] Johns Hopkins University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Johns Hopkins University
• [国際共同研究] Institute for stem cell biology(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: Institute for stem cell biology
• [国際共同研究] Karolinska Institute(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Karolinska Institute
• [雑誌論文] Biased genome editing using the local accumulation of DSB repair molecules system (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakade Shota、Mochida Keiji、Kunii Atsushi、Nakamae Kazuki、Aida Tomomi、Tanaka Kohichi、Sakamoto Naoaki、Sakuma Tetsushi、Yamamoto Takashi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 3270
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05773-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Loss of cerebellar glutamate transporters EAAT4 and GLAST differentially affects the spontaneous firing pattern and survival of Purkinje cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Perkins Emma M、Clarkson Yvonne L、Suminaite Daumante、Lyndon Alastair R、Tanaka Kohichi、Rothstein Jeffrey D、Skehel Paul A、Wyllie David J A、Jackson Mandy
  • 雑誌名: Human Molecular Genetics 巻: 27 ページ: 2614～2627
  • DOI: 10.1093/hmg/ddy169
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Region-specific deletions of the glutamate transporter GLT1 differentially affect nerve injury-induced neuropathic pain in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhao Zhuoyang、Hiraoka Yuichi、Ogawa Hiroshi、Tanaka Kohichi
  • 雑誌名: Glia 巻: 66 ページ: 1988～1998
  • DOI: 10.1002/glia.23452
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glutamate transporter Slc1a3 mediates inter‐niche stem cell activation during skin growth (2018)
  • 著者名/発表者名: Reichenbach Bettina、Classon Johanna、Aida Tomomi、Tanaka Kohichi、Genander Maria、G?ritz Christian
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 37 ページ: e98280～e98280
  • DOI: 10.15252/embj.201798280
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著