線条体におけるカルシウム振動の描出と生理学的意義の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 非線形発振現象を基盤としたヒューマンネイチャーの理解
• 研究課題/領域番号: 16H01621
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 田中 謙二 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (30329700)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 意欲 / 線条体 / 島皮質 / D2 / カルシウム

研究実績の概要

意欲行動中に見られる線条体D2-MSNの活動振動がどのような神経入力によって作られるのか調べるために、腹外側線条体D2-MSNの入力先の一つの候補である島皮質の投射神経の活動を調べた。島皮質の投射神経特異的にCreを発現するRbp4-Creマウスを導入し、島皮質にAAV DIO yellow cameleonを注入した。島皮質の投射神経にyellow cameleonが発現した状態でオペラント行動実験を行い、細胞体および線条体投射軸索のカルシウム活動を記録した。細胞体での集合カルシウム観察では、オペラント行動の各イベント（トライアル開始、レバー押し開始、報酬獲得）で変化を見いだせなかった。一方で線条体へ投射する軸索の集合カルシウム観察では、トライアル開始時、レバー押し開始時に終末のカルシウム信号が低下し、報酬獲得時に戻ることがわかった。線条体D2-MSNはトライアル開始、レバー押し開始で集合カルシウムが増加することから、島皮質の活動抑制が線条体D2-MSNの興奮をもたらしていることがわかった。島皮質の活動と線条体の活動の関係性を明らかにするために、島皮質にムシモールを入れて腹外側D2-MSNの集合カルシウム活動を測定した。このとき島皮質の抑制によってカルシウム振動が有意に増加することが明らかになった。このことから、意欲行動の開始時には島皮質から線条体へfeedforward inhibitionで信号が送られていることが分かった。

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

カルシウム振動を行動中に記録し、その活動をもとに光操作できている。カルシウム振動の生理的意義に迫れる研究が出来ているとみなせるため。

今後の研究の推進方策

島皮質軸索の光操作、これによる意欲行動の変化を調べる。feedforward inhibitionの存在をより回路レベルで記載するために、in vivo電気生理と光操作を組み合わせた実験を行う。

研究成果

• [雑誌論文] The balance between Cathepsin C and Cystatin F controls remyelination in the brain of Plp1-overexpressing mouse, a chronic demyelinating disease model. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimizu T, Wisessmith W, Li J, Abe M, Sakimura K, Chetsawang B, Sahara Y, Tohyama K, Tanaka KF, Ikenaka K
  • 雑誌名: Glia 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1002/glia.23134.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ventrolateral striatal medium spiny neurons positively regulate food-incentive, goal-directed behavior independently of D1 and D2 selectivity. (2017)
  • 著者名/発表者名: Natsubori A, Tsustui-Kimura I, Nishida H, Bouchekioua Y, Sekiya H, Uchigashima M, Watanabe M, de Kerchove d'Exaerde A, Mimura M, Takata N, Tanaka KF.
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 37 ページ: 2723-2733
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3377-16.2017.
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dysfunction of ventrolateral striatal dopamine receptor type 2-expressing medium spiny neurons impairs instrumental motivation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui-Kimura I, Takiue H, Yoshida K, Xu M, Yano R, Ohta H, Nishida H, Bouchekioua Y, Okano H, Uchigashima M, Watanabe M, Takata N, Drew MR, Sano H, Mimura M, Tanaka KF.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 14304
  • DOI: 10.1038/ncomms14304.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] YAP functions as a mechanotransducer in oligodendrocyte morphogenesis and maturation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimizu T, Osanai Y, Tanaka KF, Abe M, Natsume R, Sakimura K, Ikenaka K.
  • 雑誌名: Glia 巻: 65 ページ: 360-374
  • DOI: 10.1002/glia.23096.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Astrocyte-mediated infantile-onset leukoencephalopathy mouse model. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sugio H, Tohyama K, Oku S, Fujiyoshi K, Yoshimura T, Hikishima K, Yano R, Fukuda T, Nakamura M, Okano H, Watanabe M, Fukata M, Ikenaka K, Tanaka KF.
  • 雑誌名: Glia 巻: 65 ページ: 150-168
  • DOI: 10.1002/glia.23084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physiological effects of a habituation procedure for functional MRI in awake mice using a cryogenic radiofrequency probe. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshida K, Mimura Y, Ishihara R, Nishida H, Komaki Y, Minakuchi T, Tsurugizawa T, Mimura M, Okano H, Tanaka KF, Takata N.
  • 雑誌名: J Neurosci Methods 巻: 274 ページ: 38-48
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2016.09.013.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microglial phospholipase D4 deficiency influences myelination during brain development. (2016)
  • 著者名/発表者名: Chiba T, Otani Y, Yamaguchi Y, Ishibashi T, Hayashi A, Tanaka KF, Yamazaki M, Sakimura K, Baba H.
  • 雑誌名: Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci 巻: 92 ページ: 237-254
  • DOI: 10.2183/pjab.92.237.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Subcellular calcium dynamics during juvenile development in mouse hippocampal astrocytes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakayama R, Sasaki T, Tanaka KF, Ikegaya Y.
  • 雑誌名: Eur J Neurosci 巻: 43 ページ: 923-932
  • DOI: 10.1111/ejn.13188.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoactivated adenylyl cyclase (PAC) reveals novel mechanisms underlying cAMP-dependent axonal morphogenesis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhou Z, Tanaka KF, Matsunaga S, Iseki M, Watanabe M, Matsuki N, Ikegaya Y, Koyama R.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 5 ページ: 19679
  • DOI: 10.1038/srep19679.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Concentration-Dependent Dual Mode of Zn Action at Serotonin 5-HT1A Receptors: In Vitro and In Vivo Studies. (2016)
  • 著者名/発表者名: Satala G, Duszynska B, Stachowicz K, Rafalo A, Pochwat B, Luckhart C, Albert PR, Daigle M, Tanaka KF, Hen R, Lenda T, Nowak G, Bojarski AJ, Szewczyk B.
  • 雑誌名: Mol Neurobiol 巻: 53 ページ: 6869-6881
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Immune Modulation of the T Cell Response in Asthma through Wnt10b. (2016)
  • 著者名/発表者名: Trischler J, Shiomi T, Turner DL, Sklepkiewicz PL, Goldklang MP, Tanaka KF, Xu M, Farber DL, D'Armiento JM.
  • 雑誌名: Am J Respir Cell Mol Biol. 巻: 54 ページ: 584-593
  • DOI: 10.1165/rcmb.2014-0425OC.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 無神経なオプトジェネティクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜市、神奈川
  • 年月日: 2016-12-02 – 2016-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] Dysfunction of ventrolateral striatal dopamine receptor type 2-expressing medium spiny neurons impairs instrumental motivation: possible relevance to apathy pathogenesis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka KF
  • 学会等名: 2nd UK-Japan Frontier of Science
  • 発表場所: Milton Keynes, UK
  • 年月日: 2016-11-09 – 2016-11-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 神経科学・神経化学におけるレジリエンス研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 第32回日本ストレス学会学術総会
  • 発表場所: 杏林大学、三鷹市、東京
  • 年月日: 2016-10-29 – 2016-10-29
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝子改変を駆使したGliopsychiatry研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 第38回日本生物学的精神医学会・第59回日本神経化学会大会合同年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場、福岡市、福岡
  • 年月日: 2016-09-10 – 2016-09-10
  • 招待講演
• [学会発表] ミクロスコピックからメゾスコピックのカルシウムイメージング・計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 第38回日本生物学的精神医学会・第59回日本神経化学会大会合同年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場、福岡市、福岡
  • 年月日: 2016-09-08 – 2016-09-08
  • 招待講演
• [学会発表] Recent advances in emotional and motivational circuits. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka KF
  • 学会等名: The 14th Pacific Rim International Conference on Artificial Intelligence (PRICAI 2016)
  • 発表場所: Phuket, Thailand
  • 年月日: 2016-08-23 – 2016-08-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ventral striatopallidal neurons govern motivated behaviors (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜市、神奈川
  • 年月日: 2016-07-22 – 2016-07-22
  • 招待講演
• [学会発表] 階層をつなぎ種を越える脳科学研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 第46回日本神経精神薬理学会年会
  • 発表場所: ソウル、韓国
  • 年月日: 2016-07-04 – 2016-07-04
  • 招待講演
• [学会発表] Optogenetics for neurotrauma research (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka KF
  • 学会等名: Japan-US Forum on Blast Injury 2016
  • 発表場所: 山王ホテル、港区、東京
  • 年月日: 2016-06-14 – 2016-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optogenetics (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 第10回ドライアイ研究会
  • 発表場所: ヒルトン小田原、小田原、神奈川
  • 年月日: 2016-05-20 – 2016-05-21
  • 招待講演
• [備考] 脳内にある、やる気のスイッチを発見－意欲障害の治療法探索が可能に－
  • URL: https://www.keio.ac.jp/ja/press-releases/2017/2/2/28-19536/
• [備考] 動物の意欲を司る2種類の線条体神経の活動と役割分担について解明
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/topics/2017/0206.html