発達期からの慢性ニコチン曝露がもたらす神経回路変容の統合的理解

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03410
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 山崎 美和子 北海道大学, 医学研究院, 准教授 (10431305)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮崎 太輔 北海道大学, 保健科学研究院, 准教授 (90374230)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: アセチルコリン / ニコチン / 神経伝達

Outline of Annual Research Achievements

ニコチン性アセチルコリン受容体は、タバコの主成分であるニコチンと結合することにより様々な神経伝達修飾作用を及ぼす。よく知られたニコチン依存に加え、近年では発達期からのニコチン曝露がオピオイド系を始めとする薬 物依存への道筋をつけるという新たな可能性が示唆されているが、その生物学的なメカニズムや脳内での局在やその分子機構にも未だ不明な点が多い。本研究ではニコチン性アセチルコリン受容体を介した神経伝達修飾の解剖学的な基盤を示し、発達期からのニコチン曝露が神経回路にどのような構造的・機能的な変容をもたらすかを明らかにする。これまでに、解析に必要な特異抗体やプローブ開発に成功した。中でもニコチン摂取量の上限を規定すると考えられているa3b4受容体に対する抗体開発に成功し、、これらの抗体を用いた免疫染色により、野生型マウスの内側手綱核―脚間核経路に選択的に局在していることを明らかにすることができた。この免疫反応はｂ４欠損マウスで消失しており、特異的シグナルの検出に成功したと判断された。このa3b4受容体の発現は、他のニコチン性受容体の発現に必須であるシャペロン分子TMEM35Aの欠損マウスでも変化が認められなかった。したがってa3b4受容体は、他の多くのニコチン性受容体とは別系統の発現制御機構を必要とする可能性が示唆された。また、免疫電顕によりa3b4受容体の詳細な細胞内分布についても解析を進めることができた。特に内側手綱核では投射ニューロンの樹状突起のシナプス外の細胞膜、脚間核では、内側手綱核からの投射神経終末のシナプス外の細胞膜に豊富に存在していることが明らかとなった。内在性のa3受容体の局在は世界で初めての報告となるため、今後は連続電顕を用いた３D再構築データを加えて論文として発表する予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

これまで不明であった内在性受容体の複合体や詳細な分布様式を解明するためのツール開発に成功した。また、そのツールを使用して内在性受容体の細胞内分布に関しては、微細構造との関連も含めて解析を進めることができている。

Strategy for Future Research Activity

今後は開発したツールを用いて、内在性受容体の詳細な分布様式と生化学解析を進める予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] アルベルト・アインシュタイン医学校/イェール大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: アルベルト・アインシュタイン医学校/イェール大学
• [Int'l Joint Research] エジンバラ大学(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: エジンバラ大学
• [Int'l Joint Research] オーフス大学(デンマーク)
  • Country Name: DENMARK
  • Counterpart Institution: オーフス大学
• [Journal Article] Execution of new trajectories toward a stable goal without a functional hippocampus. (2023)
  • Author(s): Duszkiewicz, A.J., Rossato, J.I., Moreno, A., Takeuchi, T., Yamasaki, M., Genzel, L., Spooner, P., Canals, S., and Morris, R.G.M.
  • Journal Title: Hippocampus Volume: 33 Pages: 769, 786
  • DOI: 10.1002/hipo.23497.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Single-scan volumetric imaging throughout thick tissue specimens by one-touch installable light-needle creating device. (2022)
  • Author(s): 2.Chang CP, Otomo K, Kozawa Y, Ishii H, Yamasaki M, Watanabe M, Sato S, Enoki R, Nemoto T.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 12 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41598-022-14647-3.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Histochemical Characterization of the Dorsal Raphe-Periaqueductal Grey Dopamine Transporter Neurons Projecting to the Extended Amygdala. (2022)
  • Author(s): 3.Zhao Q, Ito T, Soko C, Hori Y, Furuyama T, Hioki H, Konno K, Yamasaki M, Watanabe M, Ohtsuka S, Ono M, Kato N, Yamamoto R.
  • Journal Title: eNeuro. Volume: 9 Pages: -
  • DOI: 10.1523/ENEURO.0121-22.2022.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Behavioral characteristics of dopamine D5 receptor knockout mice. (2022)
  • Author(s): 4.Sasamori H, Asakura T, Sugiura C, Bouchekioua Y, Nishitani N, Sato M, Yoshida T, Yamasaki M, Terao A, Watanabe M, Ohmura Y, Yoshioka M.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 12 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41598-022-10013-5.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] L-DOPA-Induced Neurogenesis in the Hippocampus Is Mediated Through GPR143, a Distinct Mechanism of Dopamine. (2022)
  • Author(s): Kasahara Y, Masukawa D, Kobayashi K, Yamasaki M, Watanabe M, Goshima Y.
  • Journal Title: Stem Cells. Volume: 40 Pages: 215-226
  • DOI: 10.1093/stmcls/sxab013.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Activation of Extrasynaptic Kainate Receptors Drives Hilar Mossy Cell Activity. (2022)
  • Author(s): Ramos C, Lutzu S, Yamasaki M, Yanagawa Y, Sakimura K, Tomita S, Watanabe M, Castillo PE.
  • Journal Title: J Neurosci. Volume: 42 Pages: 2872-2884
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0922-21.2022.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SIPA1L1/SPAR1 Interacts with the Neurabin Family of Proteins and is Involved in GPCR Signaling. (2022)
  • Author(s): Matsuura K, Kobayashi S, Konno K, Yamasaki M, Horiuchi T, Senda T, Hayashi T, Satoh K, Arima-Yoshida F, Iwasaki K, Negishi L, Yasui-Shimizu N, Kohu K, Kawahara S, Kirino Y, Nakamura T, Watanabe M, Yamamoto T, Manabe T, Akiyama T.
  • Journal Title: J Neurosci. Volume: 42 Pages: 2448-2473
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0569-21.2022.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] マウス小脳プルキンエ細胞におけるカチオンチャネルTRPC3の発現様式 (2023)
  • Author(s): 山崎美和子、久井漱誠、今野幸太郎、宮崎太輔、渡辺雅彦
  • Organizer: 第127回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [Presentation] マウス内側手綱核―脚間核経路におけるニコチン性アセチルコリン受容体の発現 (2022)
  • Author(s): 都築明日香、山崎美和子、今野幸太郎、宮崎太輔、渡辺雅彦
  • Organizer: 第68回 東北・北海道連合支部学術集会