概日時計が制御するシンギュラリティー神経回路の探索

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: シンギュラリティ生物学
• 研究課題/領域番号: 21H00422
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 小野 大輔 名古屋大学, 環境医学研究所, 講師 (30634224)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 概日リズム / 神経回路 / 光操作 / 体温 / 視交叉上核 / 日内休眠

研究実績の概要

実験動物であるマウスを低温環境で給餌を一時的に行わない絶食条件にすると、能動的低代謝を示し体温が室温にまで低下する。この低代謝状態を休眠と呼ぶ。これまでの申請者の研究から、この休眠導入のタイミングは絶食を開始するタイミングが明期か暗期かに関わらず、暗期の後半から明け方にみられる事が分かってきた。つまり、低温・絶食により何らかの負債が体内で蓄積し（休眠負債と定義する）、その条件で生体が示す特定の時間がくると休眠に入ることが可能になる。ここで生体の時間調節機構として概日時計が重要な役割を持つと考えられる。睡眠・覚醒などの生理機能の２４時間のリズムを調節しているのが、この概日時計である。本研究では、低温・絶食により蓄積する休眠負債因子が作用する神経細胞と、概日時計により制御される神経細胞がオーバーラップする神経細胞群を、休眠を誘導するシンギュラリティー細胞とし、７千万あるというマウスの神経細胞の中から、その細胞と神経回路を見つけ出す。
今年度は視交叉上核の活性化により、日内休眠が抑制されることを同定した。また時計遺伝子欠損マウスでは、日内休眠のタイミングが一日の特定時間に見られなかった。この事は、日内休眠のタイミングが概日時計により調節されている事を示す。さらに免疫組織化学的手法を用いて、視交叉上核の活性化により、抑制される脳領域を同定することに成功した。

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

視交叉上核の光操作により、日内休眠を調節する下流の脳領域を同定できたこと、光抑制ツールを用いた神経活動操作がスムーズに導入できたため。

今後の研究の推進方策

今年度同定した、日内休眠のタイミングを調節する候補脳領域の中から、実際にその調節を担う分子の同定を試みる。分子の同定ができたら、細胞腫特異的な神経活動操作や神経トレーシングを行い、神経回路を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Conditional knockout of Bmal1 in corticotropin-releasing factor neurons does not alter sleep?wake rhythm in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Hung, J.C., Yamanaka, A., and Ono, D.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 15:808754 ページ: 808754
  • DOI: 10.3389/fnins.2021.808754
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The food-entrainable oscillator is a complex of non-SCN activity bout oscillators uncoupled from the SCN circadian pacemaker (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishide, S., Suzuki, Y., Ono, D., Honma, S., and Honma, K.
  • 雑誌名: Journal of Biological Rhythms 巻: 36(6) ページ: 575-588
  • DOI: 10.1177/07487304211047937
  • 査読あり
• [雑誌論文] CHRONO and DEC1/DEC2 compensate for lack of CRY1/CRY2 in expression of coherent circadian rhythm but not in generation of circadian oscillation in the neonatal mouse SCN (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono, D., Honma, K., Schmal, C., Takumi, T., Kawamoto, T., Fujimoto, K., Kato, Y., and Honma S.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11:19240 ページ: 19240
  • DOI: 10.1038/s41598-021-98532-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Editorial: Development of Circadian Clock Functions (2021)
  • 著者名/発表者名: Myung, J., Nakamura, T.J., Jones, R.J., Silver, R., and Ono, D.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 15:735007 ページ: 735007
  • DOI: 10.3389/fnins.2021.735007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reversible modulation of circadian time with chronophotopharmacology (2021)
  • 著者名/発表者名: Kolarski, D., Mir?-Vinyals, C., Sugiyama, A., Srivastava, A., Ono, D., Nagai, Y., Iida, M., Itami, K., Tama, F., Szymanski, W., Hirota, H., and Feringa., L. B.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 2.697222222 ページ: 3164
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23301-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Roles of Neuropeptides, VIP and AVP, in the Mammalian Central Circadian Clock (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono, D., Honma, K., and Honma S.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 15:650154 ページ: 650154
  • DOI: 10.3389/fnins.2021.650154
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Circadian output pathways from the suprachiasmatic nucleus that control sleep and wakefulness (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono, D.
  • 学会等名: 第99回日本生理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 中枢概日時計細胞の同期・非同期状態と生後発達 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野大輔
  • 学会等名: 第72回コロイドおよび界面化学討論会
  • 招待講演
• [学会発表] The central circadian clock regulates wakefulness via CRF neurons in the hypothalamus (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono, D., Mukai, Y., Hung, C. J, Chowdury, S., Sugiyama, T., and Yamanaka A.
  • 学会等名: 第44回日本神経科学大会
• [学会発表] Optical recording of intracellular cAMP rhythms in the mouse suprachiasmatic nucleus (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野大輔，Chi Jung Hung，杉山崇，山中章弘
  • 学会等名: 第28回日本時間生物学会
• [学会発表] The suprachiasmatic nucleus regulates wakefulness via CRF neurons in the hypothalamus (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono, D.
  • 学会等名: 5th Asian forum on chronobiology
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 研究ユニットHP
  • URL: https://daiono14.wixsite.com/circadianrhythm