2021 Fiscal Year Research-status Report
睡眠/覚醒サイクルによるスマートフォゲッティングの神経細胞・シナプス機構
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21K15204
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
宮本 大祐 富山大学, 学術研究部医学系, 准教授 (50748697)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 学習・記憶 / 睡眠・覚醒 / 神経活動 / シナプス可塑性 / イメージング / オプトジェネティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
覚醒時の学習は脳の神経細胞を活性化して、興奮性シナプス伝達を担うグルタミン酸受容体であるAMPA受容体の量を増加させる。反対に、睡眠は記憶関連脳領域である大脳皮質や海馬のシナプスのAMPA受容体の量を平均的に減少させる。しかし、個々のシナプスにおける受容体数の変化は解明されてこなかった。本研究はAMPA受容体のGluA1サブユニットを蛍光可視化するために、SEP (Super Ecliptic pHluorin)-GluA1を用いた。SEPはpH依存的な緑色蛍光タンパク質であり、細胞外と細胞内のpHの違いを利用して、細胞膜上の機能的な受容体を選択的に蛍光可視化出来る。また、神経細胞の形態を蛍光可視化するために、赤色蛍光タンパク質のdsRed2を用いた。SEP-GluA1とdsRed2の発現を誘導するために、E14.5胚に子宮内電気穿孔法を適用した。その後、成体マウスにおいて、頭蓋骨にガラス窓を設置した。そして、二光子顕微鏡を用いて、一次運動皮質の2/3層錐体細胞が有する1層の樹状突起において、運動学習と睡眠を通じて経時イメージングを行った。
運動学習によってAMPA受容体量が特に増加した一部のスパイン(Maxスパイン)は、運動学習後の睡眠や断眠の影響を受けなかった。一方で、その他のスパインは運動学習後の睡眠時にAMPA受容体量が減少し、この減少は断眠によって阻害された。そして、運動学習後のAMPA受容体量の減少は、運動記憶成績と相関していた。これらより、運動学習後の睡眠は、大部分のシナプスをクールダウンさせて、運動記憶を担うシグナルを相対的に強化していると考えられる。本研究に関して原著論文(Miyamoto et al., Nat Commun, 2021)および総説論文を執筆した(Miyamoto, Neurosci Res, in press)。
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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
記憶関連・非関連シナプスにおける睡眠による可塑的変化を原著論文および総説論文として報告した。
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| Strategy for Future Research Activity |
記憶痕跡細胞における目的遺伝子の発現制御
記憶痕跡細胞の活動を観察・操作するためにc-fos::tTAマウスを用いる。c-fosは神経細胞が活性化すると発現する最初期遺伝子の一種である。tTAはドキシサイクリン依存的に、遺伝子の発現を制御する。ドキシサイクリン投与の中断中に、マウスに学習課題を行わせて、活性化した神経細胞にtTAを発現させて下流の遺伝子発現を制御する。さらに、ttA依存的に目的遺伝子を発現させるために、アデノ随伴ウィルス (AAV)を使用する。AAVを自作するために、細胞培養の実験系を立ち上げている。
睡眠/覚醒サイクルにおける記憶痕跡細胞の活動観察
カルシウムインディケーターを用いて、記憶痕跡細胞の活動を観察する。既にファイバーフォトメトリー法や超小型内視顕微鏡を用いた神経活動観察を確立している。睡眠/覚醒状態を判定するために、電気生理学用のアンプを用いて脳波および筋電位も同時記録する。
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