2022 Fiscal Year Research-status Report
Visualization of critical neuronal circuits for the determination of diurnal animal behaviors using bioluminescence imaging
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21K06263
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
池田 真行 富山大学, 大学本部, 理事・副学長 (10288053)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
仲村 朋子 (吉川朋子) 富山大学, 学術研究部教育研究推進系, 准教授 (30451397)
今野 紀文 富山大学, 学術研究部理学系, 講師 (50507051)
森岡 絵里 富山大学, 学術研究部理学系, 助教 (80756122)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 体内時計 / 時計遺伝子 / 昼行性行動 / 発光イメージング / ナイルグラスラット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昼行性グラスラット（Arvicanthis niloticus）の視交叉上核（SCN）ニューロンの活動電位自発発火リズムと行動リズムの概日変動や相関に関する研究成果をまとめ、速報誌（Neuroscience Letters）に責任著者として論文を発表した。なお、この研究成果は昼行性グラスラットのSCNニューロンの神経活動リズムが、双峰性の概日リズムを示すことをin vitroスライス実験で証明した最初の研究成果として注目されている。さらに、SCNニューロンの遠心性出力機構として、室傍核（PVN）やその下部領域（SPZ）をカルシウムイメージングにより解析し、マウスを用いた比較研究によりGABAの応答性の時刻依存性や種特異性を明らかにした。この研究成果についてはサンディエゴにおいて開催された北米神経科学会で発表し大きな反響を得ている。なお現在、バイオイメージング結果に加えて電気生理学的な研究を加えた形で論文投稿を準備している。これらのほか、SCNニューロンのカルシウム濃度振動にミトコンドリアカチオントランスポーターLetm1が重要な働きをしていることを明らかにし、その結果についてはCell Reports誌に責任著者として論文を発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
哺乳動物の概日行動リズムを調節する体内時計の中枢が、視床下部視交叉上核（SCN）に存在することや、SCNニューロンの自律振動を形成する仕組みとして、時計遺伝子の転写翻訳リズムが存在することは広く認められている。一方で、動物の行動リズムは、昼行性、夜行性、あるいは朝と夕に２つのピークを持つ双峰性といった多様性が存在するが、この行動リズムの表現型を決定する仕組みについては理解されていない。例えば、行動の昼・夜行性を問わず、SCNニューロンの活動リズムや時計遺伝子の転写リズムの位相角関係はほぼ一定であることが報告されているものの、SCNニューロンの振動が、どの脳神経回路を介して多様な行動リズムを決定しているのかについては、まったく未解決の問題である。本研究では、日本で先駆けて実験系統を確立したナイルグラスラット（Arvicanthis niloticus）を用いて、昼行性行動リズムの発現機構をバイオイメージングにより解析する。本年度は、ナイルグラスラットSCNの活動電位リズムの位相を決定し論文発表したほか、SCNに最も近傍のSPZ（vSPZ）領域のGABA応答が、夜行性マウスと昼行性のナイルグラスラットで大きく異なることを国際学会発表した。その中で、夜行性マウスに比べ昼行性ナイルグラスラットでは興奮性のGABA応答が少ないことが明らかとなっており、この相違が塩素イオントランスポーター（NKCC1/KCC2）の遺伝子発現比率によるものであることを突き止めている。ナイルグラスラットの脳地図については、ほぼ完成をしており、現在ミシガン州立大学の共同研究者に提供し確認作業を行ってもらっている。これらの作業を通して、最終的には、世界基準の脳地図とする予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
ナイルグラスラットの時計遺伝子（Per1, Per2, Clock, Bmal1）の配列決定が完了しており、プロモーター領域の下流にルシフェラーゼ遺伝子を組み込んだレポーターも作成している。最終年に脳スライスでの遺伝子発現を行う予定であるが、まずモデル細胞において発光リズムが正しく観察されるのかどうかを検証している。この目的で、ナイルグラスラット由来の線維芽細胞にBmal1ルシフェラーゼを導入し、細胞のセレクションとクローニングを行っている。発光リズム解析において、概日リズムおよび、アドレナリン刺激による位相変異を確認している。今後、発光リズムが最も強く検出できるレポーターを脳スライスに遺伝子導入することで、脳内のリズム転換点を明らかにする予定である。
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| Causes of Carryover |
消耗品の納期が年度を超えたため
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