時計ニューロン集団による概日リズム発振の神経生理学的基盤解明と操作

2018 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: 18H04941
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 三枝 理博 金沢大学, 医学系, 教授 (20296552)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: サーカディアンリズム / 視交叉上核 / 体内時計 / GABA / バソプレシン / 遺伝子操作マウス / 神経ネットワーク

研究実績の概要

視交叉上核（SCN）の中枢概日時計は、不安定な概日振動能を持つ多数のニューロンの集団発振機構である。異なる性質・役割を持つ複数のニューロンタイプから成る神経ネットワークであり、極めて安定した概日リズムを発振する。本研究課題では、我々がこれまでに開発した、SCN神経ネットワークの概日振動をニューロンタイプ特異的に計測・操作するためのツールを最大限活用し、また前回公募研究の成果を基に、SCNによる概日リズム発振の原理解明を目指す。
これまでの研究で、SCN神経ネットワークによる概日リズム発振において、AVP産生ニューロンが重要な役割を果たすことを明らかにした。AVPニューロンはGABAを含有するので、AVPニューロンによるGABA作動性神経伝達の役割を明らかにするために、AVPニューロン特異的Vgat欠損マウスの概日行動リズムを調べたところ、活動期の開始と終了の間隔が大幅に延長し、リズム分割様のフェノタイプを示していた。
本年度は、AVPニューロン、非AVPニューロンで記録されるGPSC (GABA-mediated postsynaptic current)をコントロールマウスとAVPニューロン特異的Vgat欠損マウスで比較することで、AVPニューロンまたは非AVPニューロンからシナプス放出されるGABAによってAVPニューロンまたは非AVPニューロンで起こるGPSC の電気生理学的特徴や日内変動を解析した。また、発光イメージングにより計測したSCNスライスにおける時計遺伝子発現リズムと行動概日リズムの比較から、AVPニューロン特異的Vgat欠損マウスではSCNの時計遺伝子を基盤とした分子時計は正常であるが、分子時計から行動への出力のタイミングが異常になっていることが示唆された。

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

ほぼ研究計画の通りに、研究が進んでいる。

今後の研究の推進方策

AVPニューロン特異的Vgat欠損マウスのSCN神経活動を、ファイバーフォトメトリーによりin vivoで計測し、どのような異常が生じているか明らかにする。また、スライスでのCaイメージングを用いた、SCNニューロンのGABA応答性の詳細な解析、SCN AVPニューロンの電気生理学的特徴に関与するイオンメカニズムやその生理機能の解析などを行う。

研究成果

• [雑誌論文] Sexually Dimorphic Vasopressin Cells Modulate Social Investigation and Communication in Sex-Specific Ways. (2019)
  • 著者名/発表者名: Rigney N, Whylings J, Mieda M, de Vries G, Petrulis A
  • 雑誌名: eNeuro 巻: 6 ページ: 0415-18.2019
  • DOI: 10.1523/ENEURO.0415-18.2019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Glutamatergic neurons in the medial prefrontal cortex mediate the formation and retrieval of cocaine-associated memories in mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Zhang T, Yanagida J, Kamii H, Wada S, Domoto M, Sasase H, Deyama S, Takarada T, Hinoi E, Sakimura K, Yamanaka A, Maejima T, Mieda M, Sakurai T, Nishitani N, Nagayasu K, Kaneko S, Minami M, Kaneda K.
  • 雑誌名: Addict Biol 巻: Epub ahead of print ページ: in press
  • DOI: 10.1111/adb.12723
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Network Mechanism of the Central Circadian Pacemaker of the SCN: Do AVP Neurons Play a More Critical Role Than Expected? (2019)
  • 著者名/発表者名: Mieda M.
  • 雑誌名: Front Neurosci 巻: 13 ページ: 139
  • DOI: 10.3389/fnins.2019.00139
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monoamines Inhibit GABAergic Neurons in Ventrolateral Preoptic Area That Make Direct Synaptic Connections to Hypothalamic Arousal Neurons. (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito YC, Maejima T, Nishitani M, Hasegawa E, Yanagawa Y, Mieda M, Sakurai T
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 38 ページ: 6366-6378
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2835-17.2018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Time Restriction of Food Intake During the Circadian Cycle Is a Possible Regulator of Reproductive Function in Postadolescent Female Rats. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara T, Nakata R, Ono M, Mieda M, Ando H, Daikoku T, Fujiwara H.
  • 雑誌名: Curr Dev Nutr 巻: 3 ページ: nzy093
  • DOI: 10.1093/cdn/nzy093
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 哺乳類中枢概日時計の神経メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 三枝理博
  • 学会等名: 明治大学現象数理学共同研究集会
  • 招待講演
• [学会発表] Analysis of the central circadian clock in AVP neuron-specific VGAT deficient mice (2019)
  • 著者名/発表者名: 前島隆司 長谷川恵美 津野祐輔 三枝理博
  • 学会等名: 第９回アジア・オセアニア生理学会連合（FAOPS）2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] 中枢概日時計におけるバソプレシンニューロンの機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三枝理博
  • 学会等名: 第４３回日本睡眠学会定期学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Genetic dissection of neural mechanisms underlying the central circadian pacemaker (2018)
  • 著者名/発表者名: 三枝理博
  • 学会等名: Sapporo Symposium on Biological Rhythm in 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Neural mechanisms underlying the central circadian pacemaker of the SCN (2018)
  • 著者名/発表者名: 三枝理博
  • 学会等名: 第４１回日本神経科学大会
  • 招待講演
• [学会発表] AVP神経特異的小胞GABAトランスポーター遺伝子欠損マウスにおける中枢概日時計の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 前島隆司、長谷川恵美、津野祐輔、三枝理博
  • 学会等名: 第25回日本時間生物学会学術大会