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哺乳類には約24時間のリズムを刻む概日時計が備わっており、その中枢は脳深部の視床下部にある視交叉上核に局在する。これまでに私は、視交叉上核の神経回路における時空間的に協調した概日Ca2+リズムを発見し、その作動機序を探究してきた。予期しなかったことに、視交叉上核の細胞質で見られる概日Ca2+リズムは、大脳皮質や海馬など教科書的に示されている神経細胞とは全く異なるCa2+動態を示すことが分かってきた。さらには時計遺伝子の欠損細胞においても概日Ca2+リズムが観察されたことから、概日Ca2+リズムは中心的な概日振動体である可能性もある。本研究では光計測技術を駆使して細胞局所Ca2+イメージングを行うことで、概日Ca2+リズムの源流を突き止めることを目指している。
研究期間の2年間において、マウス視交叉上核の培養スライスを用い、アデノ随伴ウイルスにより種々の遺伝子コード型Ca2+センサーを神経細胞の核内と細胞質に局在発現させ、長期タイムラプスシステムを用いて数日~週の長期間の光イメージング計測を行ってきた。その結果、従来の報告とは異なり核内においても明瞭な概日Ca2+リズムが観察され、そのリズム位相は細胞質のCa2+リズムと同位相であり、視交叉上核内の空間位相パターンも同一であった。核内、細胞質の概日Ca2+リズムに対し、細胞外、小胞体からのカルシウム流入経路を遮断する薬剤を投与してその効果を解析したところ、神経発射活動を阻害するTTXでリズム振幅が抑制されたが、小胞体からのカルシウム放出を阻害する薬剤にはリズム振幅には有意な変化はなく、概日 Ca2+リズムの基底レベルを若干減少させた。これらの結果から、核内のCa2+リズムは主に細胞外からの流入が寄与し、おそらく核膜孔を介して核内にCa2+が入ると推察した。本結果はFrontiers in Neuroscience誌にて報告した。その他、他の細胞内小器官における実験と解析を継続中であり、今後も研究を行って行く計画である。
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