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

2023 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。本研究では発達期からのニコチン曝露が引き起こす神経回路の構造・機能的な変容の解明を目指し、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分子解剖学的基盤を明らかにする。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。特に、肺がんやニコチン依存リスクの重要な因子である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―脚間核経路での選択的局在を明らかにした。この免疫反応はネガティブコントロールとして用いたa5b4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。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、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を明らかにした。免疫電顕の超薄連続切片を作成し、ＳＥＭを用いて電顕の三次元再構築を行った結果、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に低密度で分布していた。また脚間核ではクレストシナプスと呼ばれる特徴的な構造の周辺の神経終末に広く分布していたが、シナプス後部には検出されなかった。また、両方の領域で豊富な細胞質プールが検出された。過去の生化学実験から、喫煙などのニコチン摂取により、細胞質プールの細胞膜への移行が増加することが示されている。a3b4の豊富な細胞質プールは、ニコチン濃度上昇による細胞膜上の発現増加に重要な役割を果たしている可能性を示唆している。内在性のa3b4受容体の発現分布はこれまでに報告がないため、原著論文として査読付き国際誌に投稿済であり、現在査読中である。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [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] Enhancement of Haloperidol-Induced Catalepsy by GPR143, an L-Dopa Receptor, in Striatal Cholinergic Interneurons. (2024)
  • Author(s): Arai, M., Suzuki, E., Kitamura, S., Otaki, M., Kanai, K., Yamasaki, M., Watanabe, M., Kambe, Y., Murata, K., Takada, Y., Arisawa, T., Kobayashi, K., Tajika, R., Miyazaki, T., Yamaguchi, M., Lazarus, M., Hayashi, Y., Itohara, S., de Kerchove d'Exaerde, A., Nawa, H., Kim, R., Bito, H., et al.
  • Journal Title: J Neurosci Volume: 44 Pages: 1504, 1523
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1504-23.2024.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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] All-synchronized picosecond pulses and time-gated detection improve the spatial resolution of two-photon STED microscopy in brain tissue imaging. (2023)
  • Author(s): Ishii, H., Otomo, K., Chang, C.P., Yamasaki, M., Watanabe, M., Yokoyama, H., and Nemoto, T.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 18 Pages: e0290550
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0290550.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Glyoxal fixation: An approach to solve immunohistochemical problem in neuroscience research. (2023)
  • Author(s): Konno, K., Yamasaki, M., Miyazaki, T., and Watanabe, M.
  • Journal Title: Sci Adv Volume: 9 Pages: eadf7084.
  • DOI: 10.1126/sciadv.adf7084.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulation of NETosis and Inflammation by Cyclophilin D in Myeloperoxidase-Positive Antineutrophil Cytoplasmic Antibody-Associated Vasculitis. (2023)
  • Author(s): Kudo, T., Nakazawa, D., Watanabe-Kusunoki, K., Kanda, M., Shiratori-Aso, S., Abe, N., Nishio, S., Koga, J. I., Iwasaki, S., Tsuji, T., Fukasawa, Y., Yamasaki, M., Watanabe, M., Masuda, S., Tomaru, U., Murakami, M., Aratani, Y., Ishizu, A., Atsumi, T.
  • Journal Title: Arthritis Rheumatol Volume: 75 Pages: 71, 83
  • DOI: 10.1002/art.42314.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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 (2024)
  • Author(s): 山崎美和子、都築明日香、今野幸太郎、宮崎太輔、渡辺雅彦
  • Organizer: 第129回日本解剖学会総会・学術集会