視床下部-中隔核-海馬の多領域連関による睡眠覚醒状態依存的脳情報動態変化

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 脳情報動態を規定する多領野連関と並列処理
• 研究課題/領域番号: 18H05124
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 山中 章弘 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (60323292)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 睡眠覚醒 / 記憶 / 海馬 / メラニン凝集ホルモン / アセチルコリン作動性神経 / 光遺伝学 / 電気生理学 / ウイルスベクター

研究実績の概要

視床下部のメラニン凝集ホルモン産生神経(MCH神経）特異的に、蛍光タンパク質を発現する遺伝子改変マウス(MCH-tTA; TetO Yellowcameleon(YC))を用いて組織化学的解析を行い、MCH神経が海馬に密に軸索を投射していることを明らかにした。そこで、MCH神経が海馬においてどのような作用を有するのかについて、電気生理学と光遺伝学を組み合わせた解析を行った。MCH神経特異的にチャネルロドプシン2(ChR2)を発現する遺伝子改変マウスを作成し、このマウスの脳から脳スライス標本を作製してスライスパッチクランプによって海馬錐体細胞から活動を記録した。顕微鏡の対物レンズを介して青色光を照射して、MCH神経軸索末端を活性化させたところ、海馬錐体細胞の活動が抑制された。ファイバーフォトメトリーによる活動記録と、超小型顕微鏡を用いたMCH神経の1細胞イメージングから、MCH神経の活動がレム睡眠時に高くなることを見いだした。そこで、レム睡眠時だけMCH神経の活動を抑制したところ記憶が良くなった。これらのことはレム睡眠時のMCH神経の活動が記憶を悪くしていることを示唆していた。これらの結果をまとめてScience誌に報告した(Izawa et al., Science 365(6459), pp.1308-1313, 2019)。一方、内側中隔のアセチルコリン作動性神経も海馬に密に投射しており、MCH神経も内側中隔に密に投射している。これらの領域が機能連関して睡眠覚醒と記憶の制御に関わっている可能性が考えられた。今後はこれらの機能連関に着目してメカニズムの解明を目指す。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] SRI International(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: SRI International
• [国際共同研究] Flinders University(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: Flinders University
• [雑誌論文] Glutamatergic neurons in the medial prefrontal cortex mediate the formation and retrieval of cocaine-associated memories in mice. (2020)
  • 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: 25(1) ページ: e12723
  • DOI: 10.1111/adb.12723.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Acute restraint stress augments the rewarding memory of cocaine through activation of ホア1 adrenoceptors in the medial prefrontal cortex of mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Wada S, Yanagida J, Sasase H, Zhang T, Li X, Kamii H, Domoto M, Deyama S, Hinoi E, Yamanaka A, Nishitani N, Nagayasu K, Kaneko S, Minami M, *Kaneda K.
  • 雑誌名: Neuropharmacology 巻: 166 ページ: 107968
  • DOI: 10.1016/j.neuropharm.2020.107968.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of supralemniscal nucleus (B9) 5-HT neuronal system in nociceptive processing: a fiber photometry study. (2020)
  • 著者名/発表者名: Moriya S, Yamashita A, Masukawa D, Kambe Y, Sakaguchi J, Setoyama H, Yamanaka A, Kuwaki T
  • 雑誌名: Mol Brain 巻: 13(1) ページ: 14
  • DOI: 10.1186/s13041-020-0553-1.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light-induced silencing of neural activity in Rosa26 knock-in and BAC transgenic mice conditionally expressing the microbial halorhodopsin eNpHR3. (2020)
  • 著者名/発表者名: Imayoshi I, Tabuchi S, Matsumoto M, Kitano S, Miyachi H, Kageyama R, Yamanaka A
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 10(1) ページ: 3191
  • DOI: 10.1038/s41598-020-59984-3.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Behavioral characteristics of 5-HT2C receptor knockout mice: Locomotor activity, anxiety-, and fear memory-related behaviors. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nebuka M, Ohmura Y, Izawa S, Bouchekioua Y, Nishitani N, Yoshida T, Yoshioka M.
  • 雑誌名: Behav Brain Res 巻: 379 ページ: 112394
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2019.112394.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Role of Dorsal Raphe Serotonin Neurons in the Balance between Reward and Aversion. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagai Y, Takayama K, Nishitani N, Andoh C, Koda M, Shirakawa H, Nakagawa T, Nagayasu K* , Yamanaka A, Kaneko S*
  • 雑誌名: Int J Mol Sci 巻: 21(6) ページ: E2160
  • DOI: 10.3390/ijms21062160
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual orexin and MCH neuron-ablated mice display severe sleep attacks and cataplexy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hung CJ, Ono D, Kilduff TS, Yamanaka A*
  • 雑誌名: eLife 巻: in press ページ: -
  • DOI: 10.7554/eLife.54275.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Involvement of A13 dopaminergic neurons located in the zona incerta in nociceptive processing: a fiber photometry study. (2020)
  • 著者名/発表者名: Moriya S, Yamashita A, Masukawa D, Setoyama H, Hwang Y, Yamanaka A, Kuwaki T
  • 雑誌名: Mol Brain 巻: in press ページ: -
  • DOI: 10.1186/s13041-020-00600-w.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orexin signaling in GABAergic lateral habenula neurons modulates aggressive behavior in male mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Flanigan ME, Aleyasin H, Li L, Burnett CJ, Chan KL, LeClair KB, Lucas EK, Matikainen-Ankney B, Durand-de Cuttoli R, Takahashi A, Menard C, Pfau ML, Golden SA, Bouchard S, Calipari ES, Nestler EJ, DiLeone RJ, Yamanaka A, Huntley GW, Clem RL, Russo SJ
  • 雑誌名: Nat Neurosci 巻: in press ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41593-020-0617-7.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] GABA neurons in the ventral tegmental area regulate non-rapid eye movement sleep in mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Chowdhury S, Matsubara T, Miyazaki T, Ono D, Fukatsu N, Abe M, Sakimura K, Sudo Y, Yamanaka A*
  • 雑誌名: eLife 巻: 8 ページ: e44928
  • DOI: 10.7554/eLife.44928.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dissociating orexin-dependent and -independent functions of orexin neurons using novel Orexin-Flp knock-in mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Chowdhury S, Hung CJ, Izawa S, Inutsuka A, Kawamura M, Kawashima T, BitoH, Imayoshi I, AbeM, Sakimura K, Yamanaka A*
  • 雑誌名: eLife 巻: 8 ページ: e44927
  • DOI: 10.7554/eLife.44927.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acute nociceptive stimuli rapidly induce the activity of serotonin and noradrenalin neurons in the brain stem of awake mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Moriya S, Yamashita A, Nishi R, Ikoma Y, Yamanaka A, Kuwaki T
  • 雑誌名: IBRO Rep 巻: 7 ページ: 1~9
  • DOI: 10.1016/j.ibror.2019.05.005.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-mediated in vivo gene editing reveals that neuronal 5-HT1A receptors in the dorsal raphe nucleus contribute to body temperature regulation in mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishitani N, Ohmura Y, Nagayasu K, Shibui N, Kaneko S, Ohashi A, Yoshida T, Yamanaka A, Yoshioka M
  • 雑誌名: Brain Res 巻: 1719 ページ: 243~252
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2019.06.009.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitation of the neural silencing activity of anion channelrhodopsins in Caenorhabditis elegans and their applicability for long-term illumination. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamanashi T, Maki M, Kojima K, Shibukawa A, Tsukamoto T, Chowdhury S, Yamanaka A, Takagi S, Sudo Y
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 9(1) ページ: 7863
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44308-x.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GABA in the suprachiasmatic nucleus refines circadian output rhythms in mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ono D, Honma KI, Yanagawa Y, Yamanaka A, Honma S
  • 雑誌名: Commun Biol 巻: 2(1) ページ: 232
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0483-6.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thin-fibre receptors expressing acid-sensing ion channel 3 contribute to muscular mechanical hypersensitivity after exercise. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsubara T,ツ?Hayashi K,ツ?Wakatsuki K,ツ?Abe M,ツ?Ozaki N,ツ?Yamanaka A,ツ?Mizumura K,ツ?Taguchi T
  • 雑誌名: Eur J Pain 巻: 23(10) ページ: 1801~1813
  • DOI: 10.1002/ejp.1454.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Different roles of distinct serotonergic pathways in anxiety-like behavior, antidepressant-like, and anti-impulsive effects. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohmura Y, Tsutsui-Kimura I, Sasamori H, Nebuka M, Nishitani N, Tanaka KF, Yamanaka A, Yoshioka M.
  • 雑誌名: Neuropharmacology 巻: 9 ページ: 107703
  • DOI: 10.1016/j.neuropharm.2019.107703.
  • 査読あり
• [雑誌論文] REM sleep-active MCH neurons are involved in forgetting hippocampus-dependent memories. (2019)
  • 著者名/発表者名: Izawa S, Chowdhury S, Miyazaki T, Mukai Y, Ono D, Inoue R, Ohmura Y, Mizoguchi H, Kimura K, Yoshioka M, Terao A, Kilduff TS, Yamanaka A*
  • 雑誌名: Science 巻: 365(6459) ページ: 1308~1313
  • DOI: 10.1126/science.aax9238.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transgenic Archaerhodopsin-3 Expression in Hypocretin/Orexin Neurons Engenders Cellular Dysfunction and Features of Type 2 Narcolepsy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Williams RH, Tsunematsu T, Thomas AM, Bogyo K, Yamanaka A*, Kilduff TS*.
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 39(47) ページ: 9435~9452
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0311-19.2019.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanical allodynia induced by optogenetic sensory nerve excitation activates dopamine signaling and metabolism in medial nucleus accumbens. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama E, Kondo T, Kuzumaki N, Honda K, Yamanaka A, Narita M, Suematsu M, Sugiura Y.
  • 雑誌名: Neurochem Int 巻: 129 ページ: 104494
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2019.104494.
  • 査読あり
• [学会発表] 視床下部神経による睡眠覚醒と記憶の制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 第218回精神科医会及び第174回学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] オレキシンとは？睡眠覚醒調節における役割について (2020)
  • 著者名/発表者名: 山中章弘
  • 学会等名: 東区医師会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Functional interaction between the hypothalamus, septum and hippocampus to regulate sleep and memory (2019)
  • 著者名/発表者名: ?サソYamanaka A
  • 学会等名: NUS Physiology Research Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Role of REM sleep on memory (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Neurobiology of Behavior & Neuropsychiatric Disorders
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] REM sleep active MCH neurons are involved in forgetting hippocampus-dependent memories (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A, Izawa S
  • 学会等名: IBRO 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MCH neurons impaired memories during REM sleep (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A
  • 学会等名: 2019 Chinese Sleep Research Society (CSRS) Annual Academic Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] REM sleep active MCH neurons are involved in forgetting hippocampus-dependent memories (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka A
  • 学会等名: 6th Congress of Asian College of Neuropsychopharmacology
  • 国際学会