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2017 年度 実施状況報告書

咀嚼運動と自律神経系のクロストークの解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K19775
研究機関昭和大学

研究代表者

井上 富雄  昭和大学, 歯学部, 教授 (70184760)

研究分担者 中山 希世美  昭和大学, 歯学部, 講師 (00433798)
望月 文子  昭和大学, 歯学部, 助教 (10453648)
鬼丸 洋  昭和大学, 医学部, 客員教授 (30177258)
中村 史朗  昭和大学, 歯学部, 准教授 (60384187)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2019-03-31
キーワード三叉神経上核 / Phox2b / パッチクランプ / グルタミン酸性ニューロン / GABA性ニューロン / グリシン性ニューロン / 三叉神経運動ニューロン
研究実績の概要

Phox2bは自律神経中枢の発生に関与する転写因子の一種であり、Phox2b陽性ニューロンは、咀嚼力制御に重要であると考えられている三叉神経上核を含む三叉神経運動核背側の網様体(以下RdVと略す)に密に存在することが知られている。そこで幼若期ラットのRdVに存在するPhox2b陽性ニューロンの電気生理学的特性および形態学的特性を調べた。
実験には、Phox2b遺伝子の発現制御領域下に蛍光タンパク質EYFPを発現させたトランスジェニックラット(Phox2b-EYFPラット)を用い、in situ hybridizationにてPhox2b陽性ニューロンの神経伝達物質の種類を検索した。また、生後2-7日齢のPhox2b-EYFPラットの脳幹の前頭断スライス標本を作製し、Phox2b陽性ニューロンあるいは陰性ニューロンからパッチクランプ記録を行った。さらに、記録電極を介してバイオサイチンを記録したニューロン内へ注入してニューロンを可視化し軸索の走行を解析した。
その結果、Phox2b陽性ニューロンの大多数はグルタミン酸性ニューロンであるのに対し、Phox2b陰性ニューロンのほとんどはGABA性あるいはグリシン性ニューロンであった。また、Phox2b陽性ニューロンは自発発火を伴わない低頻度発火型ニューロンであるのに対し、陰性ニューロンは自発発火をともなう高頻度発火型ニューロンが多かった。さらに、Phox2b陽性ニューロンは陰性ニューロンと比較し三叉神経中脳路核から入力を受ける割合が低かった。一方、Phox2b陽性ニューロン、陰性ニューロンともに約半数が三叉神経運動核へ軸索を伸ばした。以上の結果から、Phox2b陽性ニューロンと陰性ニューロンは全く異なる特性を有し、吸啜や咀嚼を含む顎運動の調節に異なった関与の仕方をする可能性が示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

【研究実績の概要】に示したとおり、三叉神経上核に存在するPhox2b陽性ニューロンの電気生理学的および形態学的特性は、Phox2b陰性ニューロンとの比較もあわせて詳細に解析できた。ただし、Phox2b陽性ニューロン特異的に光感受性蛋白質のチャネルロドプシン2 (ChR2)あるいはアーキロドプシンTP009 (ArchT)を発現させたラットの作成に手間取っており、光遺伝学を利用した実験が遅れている。

今後の研究の推進方策

まず、Phox2b陽性ニューロン特異的にチャネルロドプシン2 (ChR2)あるいはアーキロドプシンTP009 (ArchT)を発現させたラットの作成の効率化を図る。さらに、超高感度タンパク質Ca2+センサー(GCaMP)をPhox2b陽性ニューロン特異的に発現させたラットを用い、同ニューロンの活動を蛍光Ca2+濃度変化として記録し、解析する。以下1、2に示すH29年度の実験計画を継続するとともに、新たに実験3を開始する。
実験1. 脳スライス標本上のChR2を発現させたPhox2b陽性ニューロンを光照射によって活動させて、閉口筋および開口筋運動ニューロンに対して興奮性と抑制性のどちらの出力を、各運動ニューロンに送るかを調べる。
実験2. 除脳ラット灌流標本を用い、錐体路の電気刺激によって咀嚼様運動を誘発する。光照射により、ChR2を活性化しPhox2b陽性ニューロンを強制的に活動させたとき、あるいはArchTを活性化し同ニューロンを抑制したときの、咀嚼様運動の変化を指標に、Phox2b陽性ニューロンが咀嚼に対して、促進的に働くか抑制的に働くかについて解析する。また、GCaMPによる蛍光Ca2+濃度変化を指標に、Phox2b陽性ニューロンの活動パターンと咀嚼様運動との関連を解析する。
実験3. 実験2.と同様に、光照射により、ChR2を活性化しPhox2b陽性ニューロンを強制的に活動させたとき、あるいはArchTを活性化し同ニューロンを抑制したときの、咀嚼運動の変化を指標に、Phox2b陽性ニューロンの咀嚼に対する影響を解析する。GCaMPによる蛍光Ca2+濃度変化を指標に、Phox2b陽性ニューロンの活動と咀嚼との関連を解析する。
以上の実験結果を総合的に考察し、Phox2b陽性ニューロンの咀嚼運動と自律神経系のクロストークに対する役割の解明を目指す。

次年度使用額が生じた理由

平成29年度はPhox2b陽性ニューロン特異的に光感受性蛋白質のチャネルロドプシン2 (ChR2)あるいはアーキロドプシンTP009 (ArchT)を発現させたラットの作成に手間取り、光遺伝学を利用した実験が遅れため、平成29年度の使用額が当初の予定額より少なくなった。平成30年度は、平成29年度の遅れた分の研究計画に加えて光照射により、ChR2を活性化しPhox2b陽性ニューロンを強制的に活動させたとき、あるいはArchTを活性化し同ニューロンを抑制したときの、咀嚼運動の変化を指標に、Phox2b陽性ニューロンの咀嚼に対する影響を解析する。GCaMPによる蛍光Ca2+濃度変化を指標に、Phox2b陽性ニューロンの活動と咀嚼との関連を解析する。
2年間の実験結果を総合的に考察し、Phox2b陽性ニューロンの咀嚼運動と自律神経系のクロストークに対する役割の解明を目指す。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 図書 (4件)

  • [雑誌論文] Confocal calcium imaging analysis of respiratory-related burst activity in the parafacial region2018

    • 著者名/発表者名
      Onimaru Hiroshi、Nakamura Shiro、Ikeda Keiko、Kawakami Kiyoshi、Inoue Tomio
    • 雑誌名

      Brain Research Bulletin

      巻: 139 ページ: 16~20

    • DOI

      doi: 10.1016/j.brainresbull.2018.01.013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Premotoneuronal inputs to early developing trigeminal motoneurons2017

    • 著者名/発表者名
      Matsuda Keishi、Nakamura Shiro、Nonaka Mutsumi、Mochizuki Ayako、Nakayama Kiyomi、Iijima Takehiko、Yokoyama Atsuro、Funahashi Makoto、Inoue Tomio
    • 雑誌名

      Journal of Oral Biosciences

      巻: 59 ページ: 96~103

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.job.2017.01.003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Distinctive features of Phox2b-expressing neurons in the rat reticular formation dorsal to the trigeminal motor nucleus2017

    • 著者名/発表者名
      Nagoya Kouta、Nakamura Shiro、Ikeda Keiko、Onimaru Hiroshi、Yoshida Atsushi、Nakayama Kiyomi、Mochizuki Ayako、Kiyomoto Masaaki、Sato Fumihiko、Kawakami Kiyoshi、Takahashi Koji、Inoue Tomio
    • 雑誌名

      Neuroscience

      巻: 358 ページ: 211~226

    • DOI

      doi: 10.1016/j.neuroscience.2017.06.035

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Central Neural Mechanisms Involved in the Control of Jaw Movement during Postnatal Development2017

    • 著者名/発表者名
      NAKAMURA Shiro、NAGATA Shoko、NONAKA Mutsumi、NISHIMURA Akiko、NAGOYA Kouta、DANTSUJI Masanori、NAKAYAMA Kiyomi、MOCHIZUKI Ayako、IIJIMA Takehiko、OZEKI Masahiko、YAMAMOTO Matsuo、INOUE Tomio
    • 雑誌名

      The Showa University Journal of Medical Sciences

      巻: 29 ページ: 221~229

    • DOI

      https://doi.org/10.15369/sujms.29.221

    • 査読あり
  • [学会発表] 転写因子Phox2bを発現する三叉神経運動核背側網様体ニューロンの生理学的および形態学的解析2017

    • 著者名/発表者名
      那小屋公太,中村史朗,中山希世美,望月文子,吉田 篤,井上 誠,井上富雄
    • 学会等名
      日本顎口腔機能学会第58回学術大会
  • [学会発表] ラット三叉神経運動核背側網様体に存在するPhox2b陽性ニューロンの生理学的・形態学的性質2017

    • 著者名/発表者名
      那小屋公太,中村史朗,中山希世美,望月文子,佐藤文彦,吉田 篤,井上 誠,井上富雄
    • 学会等名
      第59回歯科基礎医学会学術大会
  • [学会発表] Distinctive properties of Phox2b neurons located in the rat reticular formation dorsal to the trigeminal motor nucleus2017

    • 著者名/発表者名
      Nagoya K, Nakamura S, Ikeda K, Onimaru H, Nakayama K, Mochizuki A, Sato F, Yoshida A, Kawakami K, Inoue M, Inoue T.
    • 学会等名
      Society for Neuroscience 47th annual meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Glutamatergic synaptic currents of rat jaw-closing motoneurons during transition period from sucking to chewing2017

    • 著者名/発表者名
      Nakamura S, Nakayama K, Mochizuki A, Inoue T.
    • 学会等名
      Society for Neuroscience 47th annual meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] The effect of citalopram administration on the occurrence of vigilance states in the mouse model of depression.2017

    • 著者名/発表者名
      Ayako Mochizuki, Minako Ikeda, Shiro Nakamura, Kiyomi Nakayama, Tomio Inoue.
    • 学会等名
      The 65th Annual Meeting of Japanese Association for Dental Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Postnatal changes of glutamatergic inputs to rat jaw-closing and jaw-opening motoneurons2017

    • 著者名/発表者名
      Teshima R, Shimono S, Nakamura S, Nakayama K, Mochizuki A, Ikeda M, Inoue T.
    • 学会等名
      The 65th Annual Meeting of Japanese Association for Dental Research
    • 国際学会
  • [学会発表] 自己組織化技術を用いたマウスES細胞由来3次元唾液腺組織の誘導2017

    • 著者名/発表者名
      田中準一,中村史朗,安原理佳,井上富雄,美島健二
    • 学会等名
      第62回日本唾液腺学会総会・学術大会
  • [学会発表] 咬筋運動ニューロン樹状突起における興奮性シナプス入力のセロトニンによる増幅機構2017

    • 著者名/発表者名
      壇辻昌典,中村史朗,望月文子,中山希世美,尾関雅彦,井上富雄
    • 学会等名
      日本顎口腔機能学会第59回学術大会
  • [学会発表] 咬筋運動ニューロンへのシナプス入力に対するセロトニンの影響2017

    • 著者名/発表者名
      永田愛,中山希世美,中村史朗,望月文子,槇宏太郎,井上富雄
    • 学会等名
      第64回昭和大学学士会総会
  • [学会発表] マウス咬筋に対するシタロプラムの影響2017

    • 著者名/発表者名
      望月文子、池田美菜子、中村史朗、中山希世美、井上富雄
    • 学会等名
      第11回三叉神経領域の感覚‐運動統合機構研究会
  • [学会発表] The effects of Citalopram on the masseter muscle activity during non-REM sleep in mice.2017

    • 著者名/発表者名
      Ayako Mochizuki, Yasuha Ikawa, Takafumi Kato, Minako Ikeda, Shiro Nakamura, Kiyomi Nakayama, Kazuyoshi Baba, Tomio Inoue.
    • 学会等名
      The 6th Annual International Institute for Integrative Sleep Medicine
    • 国際学会
  • [学会発表] 咀嚼の神経メカニズム2017

    • 著者名/発表者名
      井上富雄
    • 学会等名
      日本咀嚼学会第28回大会
    • 招待講演
  • [図書] 筋電図法の基礎;新 よくわかる顎口腔機能 咬合・摂食嚥下・発音を理解する2017

    • 著者名/発表者名
      井上富雄
    • 総ページ数
      287
    • 出版者
      医歯薬出版
  • [図書] 咀嚼の意義と効用;新 よくわかる顎口腔機能 咬合・摂食嚥下・発音を理解する2017

    • 著者名/発表者名
      井上富雄、中村史朗
    • 総ページ数
      287
    • 出版者
      医歯薬出版
  • [図書] 咀嚼と脳 ― 咀嚼の中枢制御機構 ―;新 よくわかる顎口腔機能 咬合・摂食嚥下・発音を理解する2017

    • 著者名/発表者名
      井上富雄
    • 総ページ数
      287
    • 出版者
      医歯薬出版
  • [図書] 日本顎関節学会学術用語集2017

    • 著者名/発表者名
      井上富雄ほか
    • 総ページ数
      128
    • 出版者
      クインテッセンス出版

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公開日: 2018-12-17  

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