脊髄損傷後機能代償回路の特定と新規回復促進戦略の開発

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: シナプス・ニューロサーキットパソロジーの創成
• 研究課題/領域番号: 25110735
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 研究機関: 生理学研究所
• 研究代表者: 伊佐 正 生理学研究所, 発達生理学研究系, 教授 (20212805)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 脊髄損傷 / 脊髄固有ニューロン / 成長因子 / 機能回復 / 霊長類

研究概要

３頭のマカクザルに上肢の到達-精密把持運動を訓練し、麻酔下にて頸髄C6から胸髄Th1髄節の間の前角に１ミリ間隔で高頻度逆行性レンチウィルスにテトラサイクリン反応性配列TREと緑色蛍光タンパクGFPと破傷風毒素(eTeNT)を搭載したもの(HiRet-TRE-eGFP.eTeNT)を注入、そして１週間後に頸髄C2-C5にかけての中間帯に高感度Tet-ON配列rtTAV16を搭載したアデノ随伴ウィルスベクター(AAV2-CMV-rtTAV16)を注入した。これにより、頸髄C2-C5髄節に細胞体があり、軸索を下部頸髄の運動神経核に投射する脊髄固有ニューロン(PN)が、ドキシサイクリン(Dox)投与中に伝達を遮断されることになる。このようにして、１頭のサルではPNを遮断しながらC5で皮質脊髄路を遮断したところ、通常であれば１－２か月以内に精密把持の回復がみられるところが、４か月経過しても回復は不全だった。一方で、２頭については、C5での皮質脊髄路を切断し、訓練によって精密把持がほぼ回復したところでDoxを投与してPNを遮断したところ、精密恥運動に部分的障害が観察された。これらの結果から、C5での皮質脊髄路の損傷後の機能回復にPNが必要であることが明らかになった。
また、内包出欠モデルのラットの上肢運動の回復過程に、皮質ー赤核路が重要な役割を果たしているらしいことが明らかになってきたので、この経路を上述のウィルスベクター２重感染系を用いて遮断されたところ、回復していた上肢運動が再度傷害された。このような結果から上肢機能の回復に皮質ー赤核路が関与することが証明された。

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

マカクザルを用いて、皮質脊髄路損傷後の機能回復過程に脊髄固有ニューロンが関与していることを証明できた。また、ラットで内包出血モデルでの機能回復過程に皮質ー赤核路が重要な役割を果たしていることが明らかになった。今後、これら重要な中継ニューロンに成長因子を発現させる実験が平成２６年度大きく発展すると期待される。

今後の研究の推進方策

まずはラットのモデルを用いて機能回復にかかわる経路に上記のウィルスベクター２重感染系を用いて成長因子を発現させ、機能回復が促進されるかを観察する。うまくいけば、次にマカクザルを用いて同様な実験を行い、機能代償機構を検証する。

研究成果

• [雑誌論文] Reorganization of sensory pathways after neonatal hemidecortication in rats. (2014)
  • 著者名/発表者名: Wanakhachornkrai, O., Umeda, T., Isa, K., Tantisira, M., Tantisira, B. and Isa, T.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 79 ページ: 94-98
  • DOI: doi: 10.1016/j.neures.2013.11.003. Epub 2013 Nov 16.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasticity for recovery after partial spinal cord injury -Hierarchical organization- (2014)
  • 著者名/発表者名: Isa, T. and Nishimura, Y.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 78 ページ: 3-8
  • DOI: doi: 10.1016/j.neures.2013.10.008.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Viral vector-mediated selective and reversible blockade of the pathway for visual orienting in mice. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sooksawate T, Isa K, Matsui R, Kato S, Kinoshita M, Kobayashi K, Watanabe D, Kobayashi K, Isa T
  • 雑誌名: Frontiers in Neural Circuits. 巻: 7 ページ: 162
  • DOI: doi: 10.3389/fncir.2013.00162. eCollection 2013.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of early versus late rehabilitative training on manual dexterity after corticospinal tract lesion in macaque monkeys. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Y, Higo N, Yoshino-Saito K, Murata Y, Nishimura Y, Oishi T, Isa T
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 巻: 109 ページ: 2853-2865
  • DOI: doi: 10.1152/jn.00814.2012. Epub 2013 Mar 20.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression of secreted phosphoprotein 1 in the motor cortex among primate species and during postnatal development and functional recovery (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto T, Oishi T, Higo N, Murayama S, Sato A, Takashima I, Sugiyama Y, Nishimura Y, Murata Y, Yoshino-Saito K, Isa T, Kojima T
  • 雑誌名: PLos One 巻: 8 ページ: e65701
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0065701.Print 2013.
  • 査読あり
• [雑誌論文] GABAergic mechanisms for shaping transient visual responses in the mouse superior colliculus. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kaneda K, Isa T
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 235 ページ: 129-140
  • DOI: doi: 10.1016/j.neuroscience.2012.12.061. Epub 2013 Jan 18.
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA methylation and methyl-binding proteins control differential gene expression in distinct cortical areas of macaque monkey. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hata, K., Mizukami, H., Sadakane, O., Watakabe, A., Kinoshita, M., Isa, T., Ozawa, K. & Yamamori, T
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 巻: 33 ページ: 19704-19714
  • DOI: doi: 10.1523/JNEUROSCI.2355-13.2013.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prediction of hand trajectory from electrocorticography signals in primary motor cortex. (2013)
  • 著者名/発表者名: Chen, D., Shin, D., Watanabe, H., Nakanishi, Y., Kambara, H., Yoshimura, N., Nambu, A., Isa, T., Nishimura, Y. and Koike, Y.
  • 雑誌名: PLos One 巻: 8 ページ: e83534
  • DOI: doi: 10.1.371/journal.pone.0083534. eCollection 2013.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of direct vs indirect pathways from the motor cortex to spinal motoneurons in the control of hand dexterity. (2013)
  • 著者名/発表者名: Isa, T., Kinoshita, M. and Nishimura, Y.
  • 雑誌名: Frontiers in Neurology 巻: 4 ページ: 191
  • DOI: doi: 10.3389/fineur.2013.00191
  • 査読あり
• [学会発表] Estimation of Firing of Primary Afferents from Joint Kinematics During Voluntary Arm Movements of Monkeys.
  • 著者名/発表者名: Umeda T, Sato M, Kawato M, Isa T, Nishimura Y.
  • 学会等名: 第35回国際IEEE大会
  • 発表場所: 大阪国際会議場(大阪）
  • 招待講演
• [学会発表] Selective blocakde of crossed tecto-reticular pathway by double infection of viral vectors impaired orienting responses in mice; methodological considarations.
  • 著者名/発表者名: Kaoru Isa, Thongchai Sooksawate, Ryosuke Matsui, Masaharu Kinoshita, Shigeki Kato, Kenta Kobayashi, Dai Watanabe, Kazuto Kobayashi, Tadashi Isa
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 発表場所: Stonhill College(MA, USA)
• [学会発表] Acquisition of novel behaviour by visual reinforcement without awareness: instrumental learning in blindsight monkeys.
  • 著者名/発表者名: Rikako Kato, Norihiro Takakuwa, Abdelhafid Zeghbib, Peter Redgrave, Tadashi Isa
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 発表場所: Stonhill College(MA, USA)
• [学会発表] Verified contribution of propriospinal neurons to recovery of hand dexterity after a corticospinal tract lesion in the monkey.
  • 著者名/発表者名: Tohyama T, Kinoshita M, Matsui R, Kato S, Isa K, Watanabe D, Kobayashi K, Liu M, Isa T
  • 学会等名: Neuroscience2013
  • 発表場所: サンディエゴ国際会議場(USA)
• [学会発表] Process of forming novel behavior by visual reinforcement without awareness: Instrumental conditioning in blindsight monkeys.
  • 著者名/発表者名: Kato R, Takakuwa N, Zeghbib A, Redgrave P, Isa T
  • 学会等名: Neuroscience2013
  • 発表場所: サンディエゴ国際会議場(USA)
• [学会発表] Classical conditioning reinforced by visual stimuli in blindsight monkeys.
  • 著者名/発表者名: Takakuwa N, Kato R, Redgrave P, Isa T
  • 学会等名: Neuroscience2013
  • 発表場所: サンディエゴ国際会議場(USA)
• [学会発表] Key elements for functional recovery from the partial spinal cord injury; spinal cord, cortex and beyond
  • 著者名/発表者名: Tadashi Isa
  • 学会等名: Weekly Colloquium, The Winifred Masterson Burke Medical Research Institute (NY, USA)
  • 発表場所: The Winifred Masterson Burke Medical Research Institute (NY, USA)
  • 招待講演
• [学会発表] Key elements for functional recovery from the partial spinal cord injury; spinal cord, cortex and beyond
  • 著者名/発表者名: Tadashi Isa
  • 学会等名: 15th Spinal Research Network Meeting
  • 発表場所: London, UK
  • 招待講演
• [学会発表] Dissectiong the circuit for functional recovery after neuronal damage
  • 著者名/発表者名: Tadashi Isa
  • 学会等名: Plenary Lecture, the 10th Biennial Conference of the Chinese Neuroscience Society
  • 発表場所: Beijin International Convention & Exhibition Centre(China)
  • 招待講演
• [学会発表] Large-scaled network reorganization during recovery from partial spinal cord injury
  • 著者名/発表者名: Tadahi Isa
  • 学会等名: Distinguished Lecture Program
  • 発表場所: Katholic University Leuven (Belgium)
  • 招待講演