大脳基底核直接路の機能におけるsmall GTPaseシグナル伝達系の役割

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K06535
• 研究機関: 生理学研究所
• 研究代表者: 小林 憲太 生理学研究所, 行動・代謝分子解析センター, 准教授 (70315662)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 大脳基底核 / 線条体 / 直接路 / 運動 / Small GTPase / PKA / AAVベクター

研究実績の概要

本研究では、背側線条体に存在するドーパミンD1受容体陽性細胞 (D1R+細胞) から黒質網様部へ投射する直接路が司る運動制御の分子メカニズムを解析した。側坐核のD1R+細胞において、protein kinase A (PKA)-small GTPase Rap1シグナル伝達系が、報酬行動に重要な役割を果たすことが知られているので、まず、上流で機能するPKAに注目した。独自開発したダブルAAVベクターシステムを利用して、直接路特異的にPKAを活性化したマウスを作製した。最初に、頭部片側のD1R+細胞でPKAが活性化されたマウスを用いてtail hanging testを行なったところ、PKAシグナリングが活性されている側とは反対の方向に体を曲げるという特徴的な行動が認められた。次に、頭部両側のD1R+細胞でPKAが活性化されたマウス (PKA-CAマウス) を用いてopen field testを行なった結果、コントロールマウスと比較して自発運動量の有為な減少が認められた。また、メタンフェタミン投与後の運動量も有為に減少した。運動量減少の原因を解明するために、PKA-CAマウスのステレオ行動を解析中である。PKA-CAマウスの黒質網様部における自発発火を記録したところ、自発発火頻度、自発発火パターンには影響が認められなかった。大脳皮質から線条体への入力を模倣するように、大脳皮質運動野を電気刺激して黒質網様部で応答を記録したところ、コントロールマウスと同様に「早い興奮－抑制－遅い興奮」という三相性の応答が認められたが、抑制の持続時間が長くなっていた。抑制は、直接路を介する応答であるため、PKAの活性化により、直接路の神経活動が上昇していると考えられる。以上の結果から、背側線条体のD1R+細胞におけるPKAシグナリングは、直接路による運動制御に重要な役割を果たすことが示唆された。

研究成果

• [国際共同研究] IST Austria(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: IST Austria
• [国際共同研究] KU Leuven Medical School(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: KU Leuven Medical School
• [国際共同研究] Chulalongkorn University(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: Chulalongkorn University
• [国際共同研究] The University of Sheffield(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: The University of Sheffield
• [雑誌論文] Direct evidence that KNDy neurons maintain gonadotropin pulses and folliculogenesis as the GnRH pulse generator (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagae M, Uenoyama Y, Okamoto S, Tsuchida H, Ikegami K, Goto T, Majarune S, Nakamura S, Sanbo M, Hirabayashi M, Kobayashi K, Inoue N, Tsukamura H
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 118 ページ: e2009156118
  • DOI: 10.1073/pnas.2009156118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ventro-dorsal hippocampal pathway gates novelty-induced contextual memory formation (2020)
  • 著者名/発表者名: Fredes F, Silva MA, Koppensteiner P, Kobayashi K, Joesch M, Shigemoto R
  • 雑誌名: Curr Biol 巻: 31 ページ: 25-38
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.09.074
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anatomical and electrophysiological analysis of cholinergic inputs from the parabigeminal nucleus to the superficial superior colliculus (2020)
  • 著者名/発表者名: Tokuoka K, Kasai M, Kobayashi K, Isa T
  • 雑誌名: J Neurophysiol 巻: 124 ページ: 1968-1985
  • DOI: 10.1152/jn.00148.2020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective mesoaccumbal pathway inactivation affects motivation but not reinforcement-based learning in macaques (2020)
  • 著者名/発表者名: Vancraeyenest P, Arsenault JT, Li X, Zhu Q, Kobayashi K, Isa K, Isa T, Vanduffel W
  • 雑誌名: Neuron 巻: 108 ページ: 568-581
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2020.07.013
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct CCK-positive SFO neurons are involved in persistent or transient suppression of water intake (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuda T, Hiyama TY, Kobayashi K, Kobayashi K, Noda M
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 11 ページ: 5692
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19191-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dissecting the tectal output channels for orienting and defense responses (2020)
  • 著者名/発表者名: Isa K, Sooksawate T, Kobayashi K, Kobayashi K, Redgrave P, Isa T
  • 雑誌名: eNeuro 巻: 7 ページ: －
  • DOI: 10.1523/ENEURO.0271-20.2020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Retrograde gene transfer into neural pathways mediated by adeno-associated virus (AAV)-AAV receptor interaction (2020)
  • 著者名/発表者名: Sano H, Kobayashi K, Yoshioka N, Takebayashi H, Nambu A
  • 雑誌名: J Neurosci Methods 巻: 345 ページ: 108887
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2020.108887
  • 査読あり
• [雑誌論文] Forelimb movements evoked by optogenetic stimulation of the macaque motor cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Sano H, Chiken S, Kobayashi K, Fukata Y, Fukata M, Mushiake H, Nambu A
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 11 ページ: 3253
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16883-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Distribution of axon collaterals of ventral tegmental area-cortical motor area projection neurons in rats: a study with double infection of retrograde and anterograde viral vectors (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Koshimizu, Kenta Kobayashi, Kaoru Isa, Tadashi Isa
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Pyramidal neurons projecting to the globus pallidus and their synaptic targets (2020)
  • 著者名/発表者名: Fuyuki Karube, Susumu Takahashi, Kenta Kobayashi, Fumino Fujiyama
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Retrospective fear: fearful emotion caused by activation of the efference copy signal for escape behavior from superior colliculus to amygdala (2020)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Isa, Thongchai Sooksawate, Sakura Ikeda, Sara Karimi, Kenta Kobayashi, Tadashi Isa
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Structural dynamics and stability of corticocortical and thalamocortical axon terminals during motor learning (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryota Hasegawa, Teppei Ebina, Yasuhiro R Tanaka, Kenta Kobayashi, Masanori Matsuzaki
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Altered input-side dependent asymmetry of CA3-CA1 synapses lacking PirB expression in pre- or postsynaptic neurons (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuneyuki Koga, David Kleindienst, Hana Kolinkova, Makoto Sanbo, Kenta Kobayashi, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Masumi Hirabayashi, Ryuichi Shigemoto
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] Modulation of prefrontal neural network by the optogenetic manipulation of the ventral tegmental area using a novel LED probe device and highly efficient viral vector system (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Onoe, Kaoru Isa, Reona Yamatuchi, Yoshinori Koshimizu, Sjoerd Murris, Muhammad Zubair, Wim Vanduffel, Kenta Kobayashi, Yasumi Ohta, Takashi Tokuda, Jun Ohta, Tadashi Isa
  • 学会等名: The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [図書] 実験医学別冊 ウイルスベクターによる遺伝子導入実験ガイド (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林憲太
  • 総ページ数: 281
  • 出版者: 羊土社
• [備考] 生理学研究所 ウィルスベクター開発室
  • URL: https://www.nips.ac.jp/research/group/post-30/