発達期レム睡眠が育てるノンレム睡眠の成熟 ＝マウス臨界期操作によるアプローチ＝

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K06436
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 宮本 浩行 東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (90312280)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 睡眠 / 視覚 / 臨界期 / 脳発達 / GABA抑制系 / 可塑性 / 塩素イオンセンサー

研究実績の概要

赤ちゃんや子供にとって睡眠は脳と身体の健やかな成長に重要であると信じられている。発達期にはレム睡眠が豊富で、遅れてノンレム睡眠が成熟してくる。しかし幼弱かつ急速に成長する動物の睡眠を長期的に観測し操作することは容易でないため、発達時のレム睡眠とノンレム睡眠にどのような関係があるのか知られていない。申請者の研究チームはマウス発達過程と脳の臨界期を人工的に分離することに成功し、臨界期前と後の睡眠を大人のマウスで比較・解析することが可能となった。これを利用して本研究は睡眠発達にともなう分子・神経レベルでの変化、発達期レム睡眠がもたらすノンレム睡眠の成熟への影響を明らかにすることを目的とする。子供の睡眠がもたらす脳の成長の科学的基礎や、睡眠不全による発達障害への関与について本質的な理解につながると期待される。
大脳皮質内の抑制性シナプスの入力がある閾値を超えると、視覚皮質・眼優位可塑性の臨界期が開始することが知られている。抑制性シナプス伝達の動態を可視化するための新規細胞内塩素イオンセンサー（東京大・ヘンシュ博士 開発）は、脳の抑制性シナプス伝達を担うGABAA受容体開口に伴う塩素イオン流入を蛍光変化に変換して抑制入力を検出する。またこのセンサーは十分な感度を有し、細胞内水素イオン濃度に影響されない特性を有する。
本年度、アデノ随伴ウイルスを用いてニューロン特異的プロモーターによりセンサーを視覚皮質に発現させ、ファイバーフォトメトリー法により蛍光変化を定量した。このセンサーを脳波・筋電図を同時記録している行動マウスに適用した結果、特定の脳状態において皮質抑制性入力が統計的有意に変化することを見出した。

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

抑制性シナプス伝達の動態を可視化するための細胞内塩素イオンセンサーは、脳の抑制性シナプス伝達を担うGABAA受容体開口に伴う塩素イオン流入を蛍光変化に変換して抑制入力を検出する。このセンサーは十分な感度を有し、細胞内水素イオン濃度に影響されない特性を有している。また脳波・筋電図の同時記録を行うことによって、脳状態に特異的な変化を同一個体内で比較し、十分な時間解像度をもって検出することができた。さらに抑制性伝達が減少している変異マウスGAD65マウスを用いた実験からも一貫した知見を得ることができた。

今後の研究の推進方策

当該年度の研究進捗をふまえ当初の研究計画に従って遂行する。
とくに野生型成熟マウスおよび発達期モデルGAD65マウスの視覚野を対象として睡眠・覚醒時の神経活動の動態を比較する。睡眠中にあっても視覚応答を検出できることから誘発応答についても分析する予定である。またGAD65マウス等に人為的に視覚野可塑性を誘導した場合に神経活動にどのような変化がもたらされるかを知ることで、発達に伴う脳回路特性の変化を推定したい。

次年度使用額が生じた理由

当初の計画より研究は順調に推移したため、見込まれた研究経費より使用額は小さくなった。今年度得た知見の再確認を含め、脳発達や脳可塑性について分子・薬理・生理学的手法を用いたより多角的な分析を加えることで本研究をより発展的に展開する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] CUX2 deficiency causes facilitation of excitatory synaptic transmission onto hippocampus and increased seizure susceptibility to kainate (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, Tatsukawa T, Sudo G, Delandre C, Pai YJ, Miyamoto H, Raveau M, Shimohata A, Ohmori I, Hamano S, Haginoya K, Uematsu M, Takahashi Y, Morimoto M, Fujimoto S, Osaka H, Oguni H, Osawa M, Ishii A, Hirose S, Kaneko S, Inoue Y, Moore AW, Yamakawa K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-022-10715-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [図書] 視能訓練学 第2版 (2023)
  • 著者名/発表者名: 公益社団法人 日本視能訓練士協会、若山 曉美、長谷部 佳世子、松本 富美子、保沢 こずえ、梅田 千賀子
  • 総ページ数: 452
  • 出版者: 医学書院
  • ISBN: 978-4-260-05040-1