体性感覚系中枢神経回路の機能的改編による体部位情報の変容動態

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26290010
• Research Institution: Tokyo Women's Medical University
• Principal Investigator: 宮田 麻理子 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (70281631)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 神経科学 / 視床 / 内側毛帯 / 神経損傷 / リモデリング / 神経回路

Outline of Annual Research Achievements

眼窩下神経切断後１日目からtonic inhibition がVPM細胞で増強することを見いだした。正常マウスに、GABAA受容体α４受容体サブユニットのアゴニストを注入し7日後には、VPM細胞への内側毛帯シナプスが多重支配を示し、tonic inhibitionが多重支配の誘導する分子である可能性が出てきた。そのため、ウイルスベクター遺伝子導入を用いて切断後のtonic inhibitionを抑えることにより、多重支配が部分的に回復することを見いだした。さらにこの例数を増やしデータの確立を目指す予定である。

眼窩下神経由来（三叉神経第二枝由来PrV2）の内側毛帯線維がtdTomatoでラベルされた遺伝子改変マウスを作成し、そのマウスの眼窩下神経を切断することでVPMでの解剖学的解析法を行った。損傷後は本来PrV2由来のVPM部分に肩領域や三叉神経第三枝領域由来の内側毛帯線維が侵入し、その変化は多重支配の時間経過と一致している傾向にあるため現在研究を進めている。

第三枝領域は全く侵襲を加えていない部位に、支配領域を超えた疼痛感覚が発生した（幻肢痛様現象）ことを見いだした。現在、in vivo 実験系を立ち上げ、正常マウスの視床VPMの内側毛帯束を刺激し、大脳皮質での多チャンネル記録を立ち上げつつある。

Current Status of Research Progress

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

Reason

Krox20Creマウスが順調に搬入、繁殖できたこと、また東京大学・医学部・神経生理との共同研究でウイルス作製がスムーズに進み、ほぼ予定通りに研究が進んでいる。in vivoの実験系、チャネルロドプシンの実験は一からの立ち上げであり、時間を要する。

Strategy for Future Research Activity

in vivoの実験系、チャネルロドプシンの実験は一からの立ち上げを試みており、時間を要することが予想される。まず、krox20Creマウスとfloxのチャネルロドプシンマウスをかけあわせることにより、PrV2特異的に上行性線維とターミナルにチャネルロドプシンが十分発現するかを確かめる。その後、in vivoで光刺激をし、神経活動を測定する。そのための実験系の立ち上げに相当時間を要することを見込んでいます。現在必要な遺伝子改変マウスは搬入ずみである。in vivoで確認した後、スライス実験での光刺激を試みる。

Causes of Carryover

optogeneticsのチャネルロドプシン脳内発現量の確認が動物の繁殖の影響で遅れたため、発現量の確認ができず、レーザーやその周辺のものを選定に時間を要するため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

現在、チャネルロドプシンが充分量の発現を確認できたため、
レーザー等のセットアップを用意している。

Research Products

• [Journal Article] Unilateral multiple facial-nerve branch reconstruction using "end-to-side loop graft" supercharged by hypoglossal nerve. (2014)
  • Author(s): Matsumine H., Sasaki R., Takeuchi Y., Watanabe Y., Niimi Y., Sakurai H., Miyata M., Yamato M.
  • Journal Title: Plast Reconstr Surg Glob Open Volume: 2 Pages: e240.
  • DOI: 10.1097/GOX.0000000000000206
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Electrophysiological and functional evaluations of regenerated facial-nerve defect with a tube containing dental pulp cells in rats. (2014)
  • Author(s): Sasaki R., Matsumine H., Watanabe Y., Takeuchi Y., Yamato M., Okano T., Miyata M., Ando T.
  • Journal Title: Plast Reconstr Surg Volume: 134 Pages: 970-978
  • DOI: 10.1097/PRS.0000000000000602.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Adipocyte-derived and dedifferentiated fat cells promoting facial nerve regeneration in a rat model. (2014)
  • Author(s): Matsumine H., Takeuchi Y., Sasaki R., Kazama T., Kano K., Matsumoto T., Sakurai H., Miyata M., Yamato M.
  • Journal Title: Plast Reconstr Surg Volume: 134 Pages: 686-697
  • DOI: 10.1097/PRS.0000000000000537.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synaptic targeting of mGluR1 by carboxyl-terminal domain is crucial for cerebellar function. (2014)
  • Author(s): Ohtani Y.*, Miyata M.*, Hashimoto K., Tabata T., Kishimoto Y., Fukaya M., Kase D., Kassai H., Nakao K., Hirata T., Watanabe M., Kano M., and Aiba A. (2014)
  • Journal Title: J Neurosci Volume: 34 Pages: 2702-2712
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3542-13.2014.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Vascularized versus non-vascularized island-median nerve grafts in the facial nerve regeneration and functional recovery of rats for facial nerve reconstruction study. (2014)
  • Author(s): Matsumine H., Sasaki R., Takeuchi Y., Miyata M., Yamato M., Sakurai H.
  • Journal Title: J Reconstr Microsurg Volume: 30 Pages: 127-136
  • DOI: 10.1055/s-0033-1357500.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Large-scale somatotopic refinement via functional synapse elimination in the thalamus of developing mice (2014)
  • Author(s): Takeuchi Y., Asano H., Katayama Y., Muragaki Y., Imoto K., Miyata M.
  • Journal Title: J Neurosci Volume: 34 Pages: 1258-1270
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3865-13.2014
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Visual experience regulates MeCP2 expression in the dLGN in developing mice. (2015)
  • Author(s): Yuki Yagasaki, Mariko Miyata
  • Organizer: 第120回 日本解剖学会総会･全国学術集会第92回 日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場 (兵庫県 神戸)
  • Year and Date: 2015-03-23
• [Presentation] Peripheral nerve injury changes neuronal firing patterns in the somatosensory thalamus of unanesthetized mice. (2015)
  • Author(s): Takeuchi Yuichi, Nagumo Yasuyuki, Osaki Hironobu, Miyata Mariko
  • Organizer: 第120回 日本解剖学会総会･全国学術集会第92回 日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場 (兵庫県 神戸)
  • Year and Date: 2015-03-23
• [Presentation] 末梢神経損傷による視床 tonic GABA電流の増強は視床細胞活動の抑制とその後の内側毛帯線維の再改編に寄与する. (2015)
  • Author(s): 南雲康行, 竹内雄一, 尾崎弘展, 宮田麻理子
  • Organizer: 第120回 日本解剖学会総会･全国学術集会第92回 日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場 （兵庫県 神戸）
  • Year and Date: 2015-03-23
• [Presentation] 女前の研究者になるために (2015)
  • Author(s): 宮田麻理子
  • Organizer: 第120回 日本解剖学会総会･全国学術集会第92回 日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県 神戸）
  • Year and Date: 2015-03-21
  • Invited
• [Presentation] TYpe 1 metabotropic glutamate receptor regulates experience-dependent maintenance of mature synaptic connection in the visual thalamus (2015)
  • Author(s): Madoka Narushima, Uchigashima Matokazu, Harada Takeshi, Miyata Mariko
  • Organizer: 第120回 日本解剖学会総会･全国学術集会第92回 日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場 （兵庫県 神戸）
  • Year and Date: 2015-03-21
  • Invited
• [Presentation] Functional synapse elimination plays a role in large-scale somatotopic refinement in the sensory thalamus of developing mice. (2014)
  • Author(s): Takeuchi Y., Katayama Y., Miyata M.
  • Organizer: Society for Neuroscience, 2014
  • Place of Presentation: Washinton DC USA
  • Year and Date: 2014-11-15
• [Presentation] Molecular mechanism of sensory experience-dependent maintenance of neuronal circuit. (2014)
  • Author(s): 宮田麻理子、鳴島円、内ヶ島基政、橋本浩一、原田武志、饗場篤、渡辺雅彦、狩野方伸
  • Organizer: 第３７回日本神経科学大会（シンポジウム講演、シンポジウムオーガナイザー）
  • Place of Presentation: パシフィコ 横浜 （神奈川県 横浜）
  • Year and Date: 2014-09-13
  • Invited
• [Presentation] Large-scale somatotopic reorganization via remodeling of thalamic afferent synapses after peripheral sensory nerve injury. (2014)
  • Author(s): 竹内雄一、宮田麻理子
  • Organizer: 第３７回日本神経科学大会 （シンポジウム講演）
  • Place of Presentation: パシフィコ 横浜 （神奈川県 横浜）
  • Year and Date: 2014-09-12
  • Invited
• [Presentation] neural circuit mechanism of large-scale somatotopic reorganization in the thalamus after transection of the whisker sensory nerve of mice. (2014)
  • Author(s): 竹内雄一、片山洋子、宮田麻理子
  • Organizer: 第３７回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ 横浜 （神奈川県 横浜）
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] Role of extrasynaptic GABAA receptor on the remodeling of medial lemniscal fibers in the somatosensory thalamus by peripheral nerve injury. (2014)
  • Author(s): 南雲康行、宮田麻理子
  • Organizer: 第３７回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ 横浜 （神奈川県 横浜）
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] Type 1 metabotropic glutamate receptor is involved in experience-dependent maintenance of retinogeniculate synapses in the mouse visual system. (2014)
  • Author(s): 鳴島円、内ヶ島基政、橋本浩一、原田武志、饗場篤、渡辺雅彦、宮田麻理子、狩野方伸
  • Organizer: 第３７回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ 横浜 （神奈川県 横浜）
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] Large-scale somatotopic refinement by synapse elimination in the whisker sensory thalamus of developing mice. (2014)
  • Author(s): Miyata M., Takeuchi Y.
  • Organizer: 9th FENS Forum of Neuroscience
  • Place of Presentation: イタリア ミラノ
  • Year and Date: 2014-07-11