• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2015 年度 実施状況報告書

延髄アストロサイトがトリガーする呼吸リズム形成メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 26460311
研究機関独立行政法人国立病院機構村山医療センター(臨床研究部)

研究代表者

岡田 泰昌  独立行政法人国立病院機構村山医療センター(臨床研究部), その他部局等, 室長 (80160688)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード呼吸調節 / 呼吸リズム / 低酸素 / 換気応答 / グリア細胞 / アストロサイト / arundic acid / カルシウムイメージング
研究実績の概要

脳幹部での呼吸リズムの形成機構、低酸素応答機構におけるニューロンとアストロサイトの役割を解明するため、ラット摘出脳幹脊髄標本を用いた解析を行った。すなわち呼吸リズム形成の場である延髄pre-Botzinger complexの吻側端で脳幹を横切断し、吸息性神経出力を記録しつつ、カルシウムイメージングにより脳幹切断面からpre-Botzinger complex領域内の細胞活動を計測し、記録された細胞をニューロンとアストロサイトに分類した。ニューロンは、TTXにより特異的に抑制され、また、低カリウム状態では過分極してさらに抑制されるが、アストロサイトは、低カリウム状態に置くとアストロサイトに特異的に発現しているカリウムチャネルKir4.1を介した細胞外陽イオンの非選択的な細胞内流入が促進されるという特性を利用し、記録した細胞を高効率でニューロンとアストロサイトとに分類できるようにした。その結果、pre-Botzinger complex領域の吻側端レベルにおいて吸息性神経出力と同期した活動を示す細胞、すなわち、吸息性ニューロン、前吸息性ニューロン、吸息性アストロサイト、前吸息性アストロサイトを検出した。これら結果に基づいて、呼吸リズム形成は、呼吸性ニューロンと呼吸性アストロサイトとの相互作用によってなされるというコンピュータモデルを構築し、米国神経科学学会で発表した。
低酸素に対する呼吸応答機構でもニューロンとアストロサイトの相互作用が重要であると考え、その際のアストロサイトの役割を解明するため、無麻酔非拘束のマウスにアストロサイト活性化阻害薬arundic acidの投与前後での低酸素呼吸応答を解析した。その結果、低酸素刺激は、末梢化学受容体のみでなく、脳内のアストロサイトでも感知され、脳内呼吸ネットワーク興奮を介して換気を増強させることを見出し、論文として発表した。

現在までの達成度 (区分)
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

カルシウムイメージングにより記録した細胞をニューロンとアストロサイトに分類することは、重要な課題で、前年度から継続して様々な方法を試行錯誤しつつ、検討してきた。その結果、時間がかかったが、上記のように、TTXと低カリウム負荷を行うことにより、高効率でニューロンとアストロサイトに分類することができるようになった。その成果を踏まえ、呼吸に同期した多数のニューロンとアストロサイトの計測を行えており、研究は順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

今後、呼吸中枢での呼吸リズム形成過程に関わるニューロンとアストロサイトのイメージング実験を継続して行い、酸素化レベルを変えるなど様々な生理学的条件下でのデータを集積する。それらの実験データに基づいて、ニューロンとアストロサイトよりなる、より精緻な数理モデルを構築し、コンピュータシミュレーションを行い、イメージング実験の結果と合わせて、呼吸リズム形成過程におけるアストロサイトの役割を解明する。その成果に基づき、ニューロンとアストロサイトの相互作用による脳内情報処理機構の普遍的な理解を深めていく。
また、arundic acidは高度の低酸素負荷時の痙攣を抑えたことより、「てんかん患者の予期せぬ突然死」(SUDEP)に病態にはアストロサイトの活性化が関与していること、さらに、arundic acidは、SUDEPの予防に有用である可能性が示唆されたため、arundic acidの前投与は、強い低酸素負荷時の動物の死を抑制しうるか検討する予定である。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Public Higher Med. Prof. School in Opole(Poland)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      Public Higher Med. Prof. School in Opole
  • [雑誌論文] Effects of arundic acid, an astrocytic modulator, on the cerebral and respiratory functions in severe hypoxia2016

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Takeda K, Yokota S, Hasebe Y, Sato Y, Pokorski M, Horiuchi J, Okada Y
    • 雑誌名

      Respiratory Physiology & Neurobiology

      巻: 226 ページ: 24-29

    • DOI

      10.1016/j.resp.2015.11.011.

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Respiratory toxicity of dimethyl sulfoxide2016

    • 著者名/発表者名
      Takeda K, Pokorski M, Sato Y, Oyamada Y, Okada Y
    • 雑誌名

      Advances in Experimental Medicine and Biology.

      巻: 885 ページ: 89-96

    • DOI

      10.1007/5584_2015_187.

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Development of a model mouse of Sudden Unexpected Death in Epilepsy (SUDEP) by loading hypoxic stress2016

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Takeda K, Horiuchi J, Okada Y.
    • 学会等名
      The 93rd Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2016-03-22 – 2016-03-24
  • [学会発表] 様々な病態における呼吸困難感の知覚機序とその緩和対策2016

    • 著者名/発表者名
      岡田泰昌(2016年2月21日).
    • 学会等名
      日本内科学会東海支部第64回生涯教育講演会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2016-02-21 – 2016-02-21
  • [学会発表] 低酸素換気応答におけるアストロサイトの役割2015

    • 著者名/発表者名
      福士勇人、武田湖太郎、長谷部洋平、堀内城司、岡田泰昌
    • 学会等名
      第68回日本自律神経学会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2015-10-29 – 2015-10-30
  • [学会発表] A novel model of respiratory rhythm generation: a mechanism by interaction of intrinsically oscillating astrocytes and neurons2015

    • 著者名/発表者名
      Okada Y, Oku Y, Sasaki T, Vivar C, Yokota S, Takeda K, Fukushi I, Yazawa I, Someya H, Tamura Y
    • 学会等名
      Neuroscience 2015, 45th Society for Neuroscience Annual Meeting
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2015-10-17 – 2015-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Orexinergic fibers are in contact with Kölliker-Fuse neurons projecting to the rostral ventral respiratory group and phrenic and hypoglossal nuclei in the rat2015

    • 著者名/発表者名
      Yokota S, Okada Y, Oka T, Asano H, Yasui Y
    • 学会等名
      Neuroscience 2015, 45th Society for Neuroscience Annual Meeting
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2015-10-17 – 2015-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Maintenance of ventilation under a hypoxic condition requires activated astrocytes2015

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Takeda K, Hasebe Y, Horiuchi J, Okada Y
    • 学会等名
      The International Society for Autonomic Neuroscience (ISAN) 2015 Meeting
    • 発表場所
      Stresa, Italy
    • 年月日
      2015-09-26 – 2015-09-29
    • 国際学会
  • [学会発表] ストレス後の持続的な血圧上昇は活性化アストロサイトを介する2015

    • 著者名/発表者名
      長谷部洋平、岡田泰昌、喜瀬広亮、戸田孝子、小泉敬一、杉田完爾、星合美奈子
    • 学会等名
      第51回日本小児循環器学会総会・学術集会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-07-16 – 2015-07-18
  • [学会発表] Role of TRP channels in respiratory control. International Meeting2015

    • 著者名/発表者名
      Okada Y, Takeda K, Oku Y, Onimaru H, Pokorski M
    • 学会等名
      NIPS International Workshop 2015. TRPs and SOCs ~Unconventional Ca2+ Physiology~.
    • 発表場所
      岡崎市
    • 年月日
      2015-06-04 – 2015-06-05
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Activated astrocyte is necessary in the maintenance of the higher brain function and ventilation under a hypoxic condition2015

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Takeda K, Hasebe Y, Horiuchi J, Okada Y
    • 学会等名
      第55回日本呼吸器学会学術講演会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-04-17 – 2015-04-19
  • [学会発表] Astrocytes mediate short-term plasticity of breathing2015

    • 著者名/発表者名
      Okada Y, Takeda K, Someya H, Oku Y, Miwakeichi F, Ishiguro M, Tamura Y, Pokorski M
    • 学会等名
      Experimental Biology 2015
    • 発表場所
      Boston, USA.
    • 年月日
      2015-04-01 – 2015-04-01
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2017-01-06  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi