In vivoパッチクランプ法と三次元電子顕微鏡を用いた脊髄痒覚シナプス機構解明

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K08667
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 歌 大介 富山大学, 大学院医学薬学研究部(薬学), 助教 (70598416)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安東 嗣修 富山大学, 大学院医学薬学研究部(薬学), 准教授 (50333498) ; 高浪 景子 岡山大学, 自然科学研究科, 特別研究員(RPD) (70578830)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 5-HT / 痒み / in vivo patch clamp / 痛み / 脊髄後角 / GRP / Nppb

Outline of Annual Research Achievements

時に痒みは痛み以上に耐え難く非常に苦痛を伴う感覚であるにもかかわらず、痛みに比べ脊髄における痒み情報伝達機構の詳細は不明なことが多い。申請者が行ってきた研究によって、痒覚は脊髄表層に伝達されるなど電気生理学的解析により明らかにしてきた。更に、痒覚伝達を担う受容体に注目し実験を行い、痒みの情報伝達物質としてはグルタミン酸がメインで用いられており、GRPやNppbは修飾的な役割をしている可能性を示した。しかし、未だ脊髄表層痒みニューロンの形態やその調節機構は未だ不明ある。
そこで、今回我々は後肢皮膚へ5-HT投与により応答した脊髄後角細胞の形態学的解析と電気生理学的解析を行い5-HT応答細胞の特徴を解析した。5-HT投与により応答の見られた細胞に対して電流注入を行うことによって細胞の発火パターンによる解析を試みた。脊髄表層細胞では電流注入によってTonic、Phasic、delayed、initialと4つの発火パターンに分類できることが報告されている。5-HT応答細胞の発火パターンを解析したところ、Tonic及びdelayedの発火パターンを示す細胞が多く見られた。これらの発火パターンを示す細胞は興奮性の介在ニューロンであることが多いことが過去に報告されている。それを確かめるべく、現在5-HT応答細胞の形態学的解析を行っているところである。
以上のことから、5-HT応答細胞の多くはTonic及びdelayedの発火パターンを示し、これらの細胞は興奮性の介在ニューロンの可能性が高いことを明らかにした。これらの研究結果は、2016年に開催されたThe 26th International Symposium of Itch.、第67回日本薬理学会北部会などで発表を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまでの研究で、痒み中枢への情報伝達系を解明するために、in vivoパッチクランプ法を用い起掻物質である5-HTをラット下肢皮膚へ投与し脊髄後角における詳細なシナプス応答解析により、痒み受容ニューロンの多くはある種のTRPチャネル発現線維の入力を受けていることを見出した。更に、この5-HTによる痒み情報伝達にはグルタミン酸が用いられており、GRPやNppbは修飾的な役割をしている可能性を示した。今回申請者は、5-HT応答細胞の特徴を電気生理学的に解析し、5-HT応答細胞の多くはTonic及びdelayedの発火パターンを示すことを見出した。これらの発火パターンを示す細胞の多くは興奮性の介在ニューロンであることが報告されており、申請者は現在形態組織学的解析を行うことでその分類に着手しているところである。これらの結果は、The 26th International Symposium of Itch.、第67回日本薬理学会北部会などで発表を行った。
以上のことから、おおむね研究計画通りに研究が出来ていることから順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

現在行っている、5-HTに応答した膠様質ニューロンの詳細を調べるために免疫組織学的手法を用いて形態染色をさらに進める。同時に、より詳細な解析を行うために、分担研究者である岡山大学高浪景子博士と三次元電子顕微鏡を用いた痒みニューロンの形態的特徴や軸索投射部位の詳細を解析を行う。電気生理学的解析や組織学的解析を行い、脊髄における掻痒シナプス伝達を担う基盤神経回路の同定と情報処理機構の全容を明らかにすることを目的とする。

Causes of Carryover

28年度形態組織学的解析を行い痒み応答ニューロン同定のための、より詳細な情報源となる痒み応答ニューロンの電気生理学的な解析をメインとした実験を行っていたため既存の装置で実験が遂行できた。そのため29年度に助成金を繰り越し、形態組織学的解析を行うための消耗品等の調達を行う事とした。

Expenditure Plan for Carryover Budget

29年度は5-HTに応答した膠様質ニューロンの詳細を調べるために免疫組織学的手法を用いて形態染色を行う。更に、詳細な解析を行うために、分担研究者である岡山大学高浪景子博士と三次元電子顕微鏡を用いた痒みニューロンの形態的特徴や軸索投射部位の詳細な解析を行う。29年度はそのための消耗品等の調達を行う予定である。

Research Products

• [Journal Article] Inhibitory effect of fentanyl citrate on the release of endothlin-1 induced by bradykinin in melanoma cells. (2017)
  • Author(s): Andoh T, Shinohara A, Kuraishi Y.
  • Journal Title: Pharmacol Rep. Volume: 69 Pages: 139-142
  • DOI: doi: 10.1016/j.pharep.2016.10.005.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of the sexually dimorphic gastrin-releasing peptide system in the lumbosacral spinal cord that controls male reproductive function in the mouse and Asian house musk shrew (Suncus murinus). (2017)
  • Author(s): Tamura, K., Kobayashi, Y., Hirooka, A., Takanami, K., Oti, T., Jogahara, T., Oda, S.I., Sakamoto, T., Sakamoto, H.
  • Journal Title: Journal of Comparative Neurology. Volume: 525 Pages: 1586-1598
  • DOI: 10.1002/cne.24138
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Activation of supraoptic oxytocin neurons by secretin facilitates social recognition. (2017)
  • Author(s): Takayanagi, Y., Yoshida, M., Takashima, A., Takanami, K., Yoshida, S., Nishimori, K., Nishijima, I., Sakamoto, H., Yamagata, T., Onaka, T.
  • Journal Title: Biological Psychiatry. Volume: 81 Pages: 243-251
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2015.11.021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Decrease in neuronal spine density in the postpartum period in the amygdala and bed nucleus of the stria terminalis in rat. (2017)
  • Author(s): Matsuo, S., Matsuda, KI., Takanami, K., Mori, T., Tanaka, M., Kawata, M., J Kitawaki, J.
  • Journal Title: Neurosci Lett. Volume: 641 Pages: 21-25
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2017.01.040.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prophylactic administration of an extract from Plantaginis Semen and its major component aucubin inhibits mechanical allodynia caused by paclitaxel in mice. (2016)
  • Author(s): Andoh T, Kato M, Kitamura R, Mizoguchi S, Uta D, Toume K, Komatsu K, Kuraishi Y.
  • Journal Title: J Trad. Complement Med. Volume: 6(3) Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.jtcme.2015.12.001.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Action of TRPA1 and TRPV1 agonists on synaptic transmission in morphologically distinct cell types in substantia gelatinosa of the rat spinal cord. (2016)
  • Author(s): Uta D, Imoto K and Furue H.
  • Journal Title: The Journal of Functional Diagnosis of the Spinal Cord Volume: 37(1) Pages: 4-10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prophylactic topical paeoniflorin prevents mechanical allodynia caused by paclitaxel in mice through adenosine A1 receptors. (2016)
  • Author(s): Andoh T, Kobayashi N, Uta D, Kuraishi Y.
  • Journal Title: Phytomedicine. Volume: 25 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.phymed.2016.12.010.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Shakuyakukanzoto attenuates oxaliplatin-induced cold dysesthesia by inhibiting the expression of transient receptor potential melastatin 8 in mice. (2016)
  • Author(s): Andoh T, Mizoguchi S, Kuraishi Y.
  • Journal Title: J Tradit Complement Med. Volume: 7 Pages: 30-33
  • DOI: doi: 10.1016/j.jtcme.2016.01.003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deficiency of histidine decarboxylase attenuates peripheral nerve fibre elongation into the epidermis in surfactant-treated mouse skin. (2016)
  • Author(s): Inami Y, Sato A, Ohtsu H, Mano Y, Sasaki A, Kuraishi Y, Andoh T.
  • Journal Title: Exp Dermatol. Volume: - Pages: -
  • DOI: doi: 10.1111/exd.13223.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 5-HT1A receptor agonists, xaliproden and tandospirone, inhibit the increase in the number of cutaneous mast cells involved in the exacerbation of mechanical allodynia in oxaliplatin-treated mice. (2016)
  • Author(s): Andoh T, Sakamoto A, Kuraishi Y.
  • Journal Title: J Pharmacol Sci. Volume: 131 Pages: 284-287
  • DOI: doi: 10.1016/j.jphs.2016.07.008.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Involvement of oxidative stress in increased peripheral nerve firing during spontaneous dysesthesia in a mouse model of ischemia-reperfusion. (2016)
  • Author(s): Kagaya K, Sasaki A, Kino Y, Taniguchi H, Kuraishi Y, Andoh T.
  • Journal Title: Neurosci Lett. Volume: 631 Pages: 109-114
  • DOI: doi: 10.1016/j.neulet.2016.08.034.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thromboxane A2 is Involved in Itch-associated Responses in Mice with Atopic Dermatitis-like Skin Lesions. (2016)
  • Author(s): Andoh T, Yamamoto A, Haza S, Yuhki KI, Ushikubi F, Narumiya S, Kuraishi Y.
  • Journal Title: Acta Derm Venereol. Volume: 96 Pages: 899-904
  • DOI: doi: 10.2340/00015555-2437.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of c-Myc-mediated transient receptor potential melastatin 8 expression in oxaliplatin-induced cold allodynia in mice. (2016)
  • Author(s): Mizoguchi S, Andoh T, Yakura T, Kuraishi Y.
  • Journal Title: Pharmacol Rep. Volume: 68 Pages: 645-648
  • DOI: doi: 10.1016/j.pharep.2016.03.001.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Principal function of mineralocorticoid signaling suggested by constitutive knockout of the mineralocorticoid receptor in medaka fish. (2016)
  • Author(s): Sakamoto, T., Yoshiki, M., Takahashi, H., Yoshida, M., Ogino, Y., Ikeuchi, T., Nakamachi, T., Konno, N., Matsuda, K., Sakamoto, H.
  • Journal Title: Scientific Reports. Volume: 6 Pages: 37991
  • DOI: 10.1038/srep37991.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficacy of Astaxanthin for the Treatment of Atopic Dermatitis in a Murine Model. (2016)
  • Author(s): Yoshihisa Y, Andoh T, Matsunaga K, Rehman MU, Maoka T, Shimizu T.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 29 Pages: -
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0152288.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparative anatomy of gastrin-releasing peptide pathways in the trigeminal sensory system of mouse and the Asian house musk shrew Suncus murinus. (2016)
  • Author(s): Takanami, K., Inoue, K., Mukai, H., Tamura, K., Jogahara, T., Oda, S.I., Kawata, M., Sakamoto, T., Sakamoto, H.
  • Journal Title: Acta Histochemica et Cytochemica. Volume: 49 Pages: 181-190
  • DOI: 10.1267/ahc.16030
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Electrophysiological analysis of local anesthetic effects on adult rat spinal nociceptive synaptic transmission. (2017)
  • Author(s): Uta D, Andoh T, Kuraishi Y, Imoto K and Furue H.
  • Organizer: The 90th Annual Meeting of the Japan Pharmacological Society
  • Place of Presentation: 長崎ブリックホール、長崎新聞文化ホール（長崎県長崎市）
  • Year and Date: 2017-03-15 – 2017-03-17
• [Presentation] 成熟ラット後根神経節細胞電位依存性Naチャネルに対する局所麻酔薬の作用解析． (2017)
  • Author(s): 歌大介、井本敬二、古江秀昌.
  • Organizer: 第38回脊髄機能診断研究会
  • Place of Presentation: エーザイ株式会社本社5階ホール（東京都）
  • Year and Date: 2017-02-07 – 2017-02-07
• [Presentation] 線維筋痛症モデルを用いた脊髄後角へのシグナル伝達機構解析． (2017)
  • Author(s): 歌大介、宮原謙一郎、坪島功幸、安東嗣修、西条寿夫、水村和枝、田口徹．
  • Organizer: 痛み研究会2016「痛みの理解を目指した先端的アプローチ」平成28年度生理研研究会
  • Place of Presentation: 岡崎カンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2017-01-30 – 2017-01-31
• [Presentation] 脊髄後角におけるInterleukin-31による痒み情報伝達機構に関する解析． (2017)
  • Author(s): 間越祐貴、歌大介、安東嗣修.
  • Organizer: 痛み研究会2016「痛みの理解を目指した先端的アプローチ」平成28年度生理研研究会
  • Place of Presentation: 岡崎カンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2017-01-30 – 2017-01-31
• [Presentation] Interleukin-31による痒み反応発生への脊髄伝達機構に関する解析. (2016)
  • Author(s): 間越祐貴、歌大介、安東嗣修.
  • Organizer: 第128回日本薬学会北陸支部例会
  • Place of Presentation: 北陸大学薬学部アネックスファーム（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-11-27 – 2016-11-27
• [Presentation] Evolution and biological significance of itch．2016 OM Award presentation (2016)
  • Author(s): Takanami K
  • Organizer: Joint meeting of the 22nd International Congress of Zoology and the 87th meeting of Zoological Society of Japan.
  • Place of Presentation: Okinawa Convention Center （Okinawa, Japan.）
  • Year and Date: 2016-11-15 – 2016-11-19
  • Invited
• [Presentation] 行動を司る時・空間的神経内分泌制御メカニズム． (2016)
  • Author(s): 坂本浩隆
  • Organizer: 第43回日本神経内分泌学会学術集会
  • Place of Presentation: アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
  • Year and Date: 2016-10-14 – 2016-10-15
  • Invited
• [Presentation] 雄の性機能を司る神経内分泌系の解析．川上賞受賞講演 (2016)
  • Author(s): 坂本浩隆
  • Organizer: 第43回日本神経内分泌学会・学術集会
  • Place of Presentation: アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
  • Year and Date: 2016-10-14 – 2016-10-15
  • Invited
• [Presentation] Analysis of itch-related responses evoked by cutaneous interleukin-31 administration in mice. (2016)
  • Author(s): Uta D, Magoshi Y, Kuraishi Y and Andoh T.
  • Organizer: The 26th International Symposium of Itch.
  • Place of Presentation: Eisai Co., Ltd., Head office 5F HALL （Tokyo, Japan）
  • Year and Date: 2016-10-08 – 2016-10-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In vivoパッチクランプ法を用いた中枢へのアトピー性皮膚炎による痒み情報伝達のメカニズムの解明. (2016)
  • Author(s): 歌大介、安東嗣修、井本敬二、古江秀昌
  • Organizer: 第67回日本薬理学会北部会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-09-30 – 2016-09-30
• [Presentation] 神経障害性疼痛に対する漢方薬の鎮痛作用-in vivo パッチクランプ法による電気生理学的解析-. (2016)
  • Author(s): 歌大介
  • Organizer: Toyama Science GALA 2016
  • Place of Presentation: 富山大学総合教育研究棟（富山県富山市）
  • Year and Date: 2016-09-30 – 2016-09-30
• [Presentation] Electrophysiological analysis of local anesthetic actions on nociceptive synaptic transmission in the adult rat spinal cord. (2016)
  • Author(s): Uta D, Yoshimura M, Kawatsu R, Imoto K and Furue H.
  • Organizer: IASP 16th World Congress on Pain.
  • Place of Presentation: Pacifico Convention Center （Kanagawa, Japan）
  • Year and Date: 2016-09-26 – 2016-09-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Interleukin-18 produced by spinal microglia is involved in herpetic allodynia in mice. (2016)
  • Author(s): Andoh T, Takatsuki Y, Sasaki A, Uta D, and Kuraishi Y.
  • Organizer: IASP 16th World Congress on Pain.
  • Place of Presentation: Pacifico Convention Center （Kanagawa, Japan）
  • Year and Date: 2016-09-26 – 2016-09-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 系統進化学的アプローチによる痒み感覚の獲得およびその生理機能の統合解明に関する研究． (2016)
  • Author(s): 高浪景子
  • Organizer: H28年度RPD研究交流会
  • Place of Presentation: 明治記念館（東京）
  • Year and Date: 2016-09-26 – 2016-09-26
  • Invited
• [Presentation] マウスにおけるパクリタキセル誘発末梢神経障害性疼痛抑制作用成分の探索. (2016)
  • Author(s): 安東嗣修、加藤充、歌大介、北村亮、當銘一文、小松かつ子、倉石泰.
  • Organizer: 日本生薬学会第63回年会
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山県富山市）
  • Year and Date: 2016-09-24 – 2016-09-25
• [Presentation] Repetitive intraperitoneal injection of aucubin reduces mechanical allodynia caused by paclitaxel in mice: An in vivo electrophysiological analysis. (2016)
  • Author(s): Uta D, Kato M, Toume K, Komatsu K and Andoh T.
  • Organizer: The First International Symposium on Toyama-Asia-Africa pharmaceutical Network (1st TAA-Pham Symposium).
  • Place of Presentation: Toyama International Conference Center （Toyama, Japan）
  • Year and Date: 2016-09-12 – 2016-09-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Aucubin contributes to the inhibitory action of goshajinkigan on mechanical allodynia induced by paclitaxel in mice. (2016)
  • Author(s): Kato M, Uta D, Toume K, Komatsu K and Andoh T.
  • Organizer: The First International Symposium on Toyama-Asia-Africa pharmaceutical Network (1st TAA-Pham Symposium).
  • Place of Presentation: Toyama International Conference Center （Toyama, Japan）
  • Year and Date: 2016-09-12 – 2016-09-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 形態学から迫る”かゆみ”の伝達と進化． (2016)
  • Author(s): 高浪景子
  • Organizer: H28年度第1回理工学研究部テニュアトラックセミナー
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス理学部（富山県富山市）
  • Year and Date: 2016-09-07 – 2016-09-07
  • Invited
• [Presentation] 分子・神経内分泌動態の組織細胞化学的可視化．シンポジウム3「組織化学を用いた神経系研究のup-date」 (2016)
  • Author(s): 坂本浩隆、佐藤慧太、高浪景子
  • Organizer: 第57回日本組織細胞化学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 杏林大学井の頭キャンパス（東京）
  • Year and Date: 2016-09-03 – 2016-09-04
  • Invited
• [Presentation] 「基礎系」オキシトシンと性機能（特別講演）．卒後・生涯教育プログラム (2016)
  • Author(s): 坂本浩隆
  • Organizer: 日本性機能学会第27回学術総会/The 11th Japan-ASEAN Conference on Men's Health & Aging合同大会
  • Place of Presentation: あべのハルカス（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2016-08-25 – 2016-08-28
  • Invited
• [Presentation] Actions of TRPA1 channel agonist on dorsal root evoked synaptic transmission to spinal dorsal horn neurons in rat spinal cord. (2016)
  • Author(s): Uta D, Imoto K and Furue H.
  • Organizer: 第38回日本疼痛学会
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター かでる2・7 （北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-06-24 – 2016-06-25
• [Book] 基礎生物科学 (2016)
  • Author(s): 坂本浩隆（分担執筆）
  • Total Pages: 268
  • Publisher: 培風館
• [Remarks] 富山大学研究者総覧
  • URL: http://evaweb.u-toyama.ac.jp/html/100000626_ja.html
• [Remarks] 富山大学大学院医学薬学研究部応用薬理学ホームページ
  • URL: http://www.pha.u-toyama.ac.jp/phapha2/Japanese/frame.htm