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

2017 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。線条体へ投射する島皮質神経軸索の集合カルシウム観察では、トライアル開始時に終末のカルシウム信号が低下すること、線条体D2-MSNはトライアル開始に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。この異なる活動を説明するには、両者の間に抑制性の介在神経が存在することが予想される。PV陽性GABA介在神経の集合カルシウム活動を意欲行動中に計測したところ、トライアル開始時に活動が抑制されなかった。このことからPV陽性介在神経以外の介在神経、例えばneuropeptide Y陽性、tyrosine hydroxylase陽性などのGABA介在神経が島皮質-線条体のfeedforward inhibitionを担当していることが示唆された。
更に、ドパミン神経入力が線条体投射神経の集合カルシウム濃度を支配しているか調べた。線条体D1-MSNだけにカルシウムセンサーを発現するマウスを樹立し、意欲行動中の活動を調べた。その結果、線条体D1-MSNは、D2-MSNと同じく、意欲行動の開始時に集合カルシウム濃度が増加した。意欲行動の開始時にドパミン神経からのドパミン放出が起こることが知られている。ドパミンはD1受容体へは活動亢進を、D2受容体へは活動抑制をもたらすので、ドパミン入力が線条体MSNの集合カルシウム濃度を変化させている可能性が低いことがわかった。
以上の結果から、意欲行動中の線条体MSNの活動振動は主に大脳皮質からの入力によって作られることがわかった。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Texas, Austin/University of Pittsburg/University of Miami(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Texas, Austin/University of Pittsburg/University of Miami
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] University of Ottawa(Canada)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: University of Ottawa
• [国際共同研究] Universite Libre de Bruxelles(Belgium)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: Universite Libre de Bruxelles
• [雑誌論文] A three-dimensional single-cell-resolution whole-brain atlas using CUBIC-X expansion microscopy and tissue clearing (2018)
  • 著者名/発表者名: Murakami Tatsuya C.、Mano Tomoyuki、Saikawa Shu、Horiguchi Shuhei A.、Shigeta Daichi、Baba Kousuke、Sekiya Hiroshi、Shimizu Yoshihiro、Tanaka Kenji F.、Kiyonari Hiroshi、Iino Masamitsu、Mochizuki Hideki、Tainaka Kazuki、Ueda Hiroki R.
  • 雑誌名: Nat Neurosci 巻: 21 ページ: 627-637
  • DOI: 10.1038/s41593-018-0109-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle-mediated optogenetics. (2018)
  • 著者名/発表者名: Chen S, Weitemier AZ, Zeng X, He L, Wang X, Tao Y, Huang AJY, Hashimotodani Y, Kano M, Iwasaki H, Parajuli LK, Okabe S, Teh DBL, All AH, Tsutsui-Kimura I, Tanaka KF, Liu X, McHugh TJ.
  • 雑誌名: Science 巻: 359 ページ: 679-684
  • DOI: 10.1126/science.aaq1144.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aberrant astrocyte Ca2+ signals “AxCa signals” exacerbate pathological alterations in an Alexander disease model (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito Kozo、Shigetomi Eiji、Yasuda Rei、Sato Ryuichi、Nakano Masakazu、Tashiro Kei、Tanaka Kenji F.、Ikenaka Kazuhiro、Mikoshiba Katsuhiko、Mizuta Ikuko、Yoshida Tomokatsu、Nakagawa Masanori、Mizuno Toshiki、Koizumi Schuichi
  • 雑誌名: Glia 巻: 66 ページ: 1053～1067
  • DOI: 10.1002/glia.23300
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Purinergic Receptor P2Y1 in Spatiotemporal Ca2+ Dynamics in Astrocytes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigetomi E, Hirayama YJ, Ikenaka K, Tanaka KF, Koizumi S.
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 38 ページ: 1383-1395
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2625-17.2017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Maturation of Cerebellar Purkinje Cell Population Activity during Postnatal Refinement of Climbing Fiber Network. (2017)
  • 著者名/発表者名: Good JM, Mahoney M, Miyazaki T, Tanaka KF, Sakimura K, Watanabe M, Kitamura K, Kano M.
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 21 ページ: 2066-2073
  • DOI: doi: 10.1016/j.celrep.2017.10.101.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Abrogated Freud-1/Cc2d1a Repression of 5-HT1A Autoreceptors Induces Fluoxetine-Resistant Anxiety/Depression-Like Behavior. (2017)
  • 著者名/発表者名: Vahid-Ansari F, Daigle M, Manzini MC, Tanaka KF, Hen R, Geddes SD, Beique JC, James J, Merali Z, Albert PR.
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 37 ページ: 11967-11978
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1668-17.2017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Time-controllable Nkcc1 knockdown replicates reversible hearing loss in postnatal mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watabe T, Xu M, Watanabe M, Nabekura J, Higuchi T, Hori K, Sato MP, Nin F, Hibino H, Ogawa K, Masuda M, Tanaka KF.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 7 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-017-13997-7.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantitative temporal changes in DTI values coupled with histological properties in cuprizone-induced demyelination and remyelination. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yano R, Hata J, Abe Y, Seki F, Yoshida K, Komaki Y, Okano H, Tanaka KF.
  • 雑誌名: Neurochem Int 巻: S0197-0186 ページ: 30350-30359
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2017.10.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hearing Loss Controlled by Optogenetic Stimulation of Nonexcitable Nonglial Cells in the Cochlea of the Inner Ear. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato MP, Higuchi T, Nin F, Ogata G, Sawamura S, Yoshida T, Ota T, Hori K, Komune S, Uetsuka S, Choi S, Masuda M, Watabe T, Kanzaki S, Ogawa K, Inohara H, Sakamoto S, Takebayashi H, Doi K, Tanaka KF, Hibino H.
  • 雑誌名: Front Mol Neurosci 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fnmol.2017.00300.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinct Roles of Ventromedial versus Ventrolateral Striatal Medium Spiny Neurons in Reward-Oriented Behavior. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui-Kimura I, Natsubori A, Mori M, Kobayashi K, Drew MR, de Kerchove d'Exaerde A, Mimura M, Tanaka KF.
  • 雑誌名: Curr Biol 巻: 27 ページ: 3042-3048
  • DOI: 10.1016/j.cub.2017.08.061
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mitochondrial DNA Double-Strand Breaks in Oligodendrocytes Cause Demyelination, Axonal Injury, and CNS Inflammation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Madsen PM, Pinto M, Patel S, McCarthy S, Gao H, Taherian M, Karmally S, Pereira CV, Dvoriantchikova G, Ivanov D, Tanaka KF, Moraes CT, Brambilla R.
  • 雑誌名: J Neurosci. 巻: 37 ページ: 10185-10199
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1378-17.2017.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Serotonin hormonally regulates lacrimal gland secretory function via the serotonin type 3a receptor. (2017)
  • 著者名/発表者名: Imada T, Nakamura S, Hisamura R, Izuta Y, Jin K, Ito M, Kitamura N, Tanaka KF, Mimura M, Shibuya I, Tsubota K.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 7 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-017-06022-4.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-Speed and Scalable Whole-Brain Imaging in Rodents and Primates. (2017)
  • 著者名/発表者名: Seiriki K, Kasai A, Hashimoto T, Schulze W, Niu M, Yamaguchi S, Nakazawa T, Inoue KI, Uezono S, Takada M, Naka Y, Igarashi H, Tanuma M, Waschek JA, Ago Y, Tanaka KF, Hayata-Takano A, Nagayasu K, Shintani N, Hashimoto R, Kunii Y, Hino M, Matsumoto J, Yabe H, Nagai T, Fujita K, Matsuda T, Takuma K, Baba A, Hashimoto H.
  • 雑誌名: Neuron 巻: 94 ページ: 1085-1100
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2017.05.017.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Association of impaired neuronal migration with cognitive deficits in extremely preterm infants. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kubo KI, Deguchi K, Nagai T, Ito Y, Yoshida K, Endo T, Benner S, Shan W, Kitazawa A, Aramaki M, Ishii K, Shin M, Matsunaga Y, Hayashi K, Kakeyama M, Tohyama C, Tanaka KF, Tanaka K, Takashima S, Nakayama M, Itoh M, Hirata Y, Antalffy B, Armstrong DD, Yamada K, Inoue K, Nakajima K.
  • 雑誌名: JCI Insight 巻: 2 ページ: -
  • DOI: 10.1172/jci.insight.88609
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] OCD candidate gene SLC1A1/EAAT3 impacts basal ganglia-mediated activity and stereotypic behavior. (2017)
  • 著者名/発表者名: Zike ID, Chohan MO, Kopelman JM, Krasnow EN, Flicker D, Nautiyal KM, Bubser M, Kellendonk C, Jones CK, Stanwood G, Tanaka KF, Moore H, Ahmari SE, Veenstra-VanderWeele J.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 114 ページ: 5719-5724
  • DOI: 10.1073/pnas.1701736114.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transformation of Astrocytes to a Neuroprotective Phenotype by Microglia via P2Y1 Receptor Downregulation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki Y, Shibata K, Yoshida K, Shigetomi E, Gachet C, Ikenaka K, Tanaka KF, Koizumi S.
  • 雑誌名: Cell Rep 巻: 19 ページ: 1151-1164
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.04.047.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A New Paradigm for Evaluating Avoidance/Escape Motivation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui-Kimura I, Bouchekioua Y, Mimura M, Tanaka KF.
  • 雑誌名: Int J Neuropsychopharmacol. 巻: 20 ページ: 593-601
  • DOI: 10.1093/ijnp/pyx031.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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: 65 ページ: 917-930
  • DOI: 10.1002/glia.23134.
  • 査読あり
• [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, Tsutsui-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 / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 強迫症研究のこれからtranslational researchの可能性について (2017)
  • 著者名/発表者名: 15.酒井 雄希, 田中 謙二
  • 雑誌名: 精神科治療学 巻: 32 ページ: 399-404
• [学会発表] 光観察と光操作を組み合わせた意欲行動研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 第2回 ルミノジェネティクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Oligodendrocyte is a dynamic modulator of conduction velocity (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二、山崎良彦
  • 学会等名: 第60回 日本神経化学会
• [学会発表] 島皮質-線条体回路と意欲行動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 第5回 心身医学のニューロサイエンス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 光操作・光計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 第49回藤田学園医学会・研究最前線セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Fiberphotometry (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 第28回 マイクロダイアリシス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 意欲行動の開始を支配する島皮質-線条体回路 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中謙二
  • 学会等名: 次世代脳 新学術領域合同シンポジウム
  • 招待講演
• [備考] 柔軟な行動選択を行う脳内メカニズムの発見
  • URL: https://www.keio.ac.jp/ja/press-releases/2017/9/29/28-24433/