光活性化型チャンネルを用いたグリア-ニューロン間情報伝達の生理的役割の解明

使用光激活通道阐明胶质神经元通讯的生理作用

基本信息

批准号：
22650067
负责人：
野田昌晴
金额：
$ 1.98万
依托单位：
National Institute for Basic Biology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

Na_xチャンネルは脳弓下器官において、脱水に伴う細胞外液中のNa^+レベルの上昇を感知するNa^+レベルセンサーとして機能し、脱水時の塩分摂取回避行動の制御に関与している。申請者らは以前の研究において、グリア細胞に発現するNa_xがC末端領域を介してNa^+/K^+-ATPaseと結合していること、Na_xの開口によってNa^+が流入するとNa^+/K^+-ATPaseを活性化し、それに伴って解糖系が活性化すること、その結果グリア細胞からの乳酸放出が亢進し、この乳酸がGABAニューロンの神経活動レベルを上昇させることを明らかにした。本研究では、まず培養細胞に光活性化型チャンネル(ChR2)にNa_xのC末端領域を結合した融合タンパク質を発現させ、光照射によってChR2を開口させることによって、Na^+/K^+-ATPaseを活性化することを試みた。その結果、予想通り光によって解糖系の活性化が起きることが明らかとなった。Na_xのC末端領域を結合していないChR2ではこの解糖系の活性化は起きず、この機構が働くには、Na_xのC末端領域を介したChR2とNa^+/K^+-ATPaseの結合が重要であることが確認された。次に、この融合タンパク質をマウスの脳弓下器官のグリア細胞に発現させ、急性脳スライスにおける電気生理学的解析を行ったところ、光照射によってGABAニューロンの神経活動レベルが上昇することが確認された。このように、光制御によってChR2を開口することによって人為的にグリア細胞の糖代謝を活性化し、これによってin vivoと同様に特定の神経細胞活動を制御できることが明らかとなった。従って、本研究の結果は、申請者らが開発した光照射装置を用いて自由行動中の動物の脳内局所領域に光を照射すれば、脱水時の塩分摂取回避行動を光により制御できることを示唆している。グリア細胞の個体行動制御における役割の解明につながるものと期待される。

Na_x 通道在穹窿下器官中充当 Na^+ 水平传感器，检测由于脱水导致的细胞外液中 Na^+ 水平的增加，并参与控制脱水期间的盐摄入避免行为。在之前的研究中，申请人揭示了神经胶质细胞中表达的Na_x通过C端区域与Na^+/K^+-ATPase结合，当Na_x打开并且Na^+进入时，Na^+/K激活^+-ATP酶以及伴随的糖酵解激活，导致神经胶质细胞释放乳酸增加，并且这种乳酸增加了GABA神经元的神经活动水平。在本研究中，我们首先在培养细胞中表达了一种融合蛋白，将Na_x的C端区域与光激活通道（ChR2）结合，并通过光照射打开ChR2，我们开发了Na^+/K^+ -ATP酶。我尝试激活它。结果表明，正如预期的那样，光激活了糖酵解系统。不结合 Na_x C 末端区域的 ChR2 不会激活这种糖酵解，并且为了使该机制发挥作用，必须通过 Na_x C 末端区域激活 ChR2 和 Na^+/K^+-ATPase。证实绑定很重要。接下来，这种融合蛋白在小鼠穹窿下器官的神经胶质细胞中表达，急性脑切片的电生理分析证实光照射增加了 GABA 神经元的神经活动水平。这样，我们已经清楚，通过光控制打开ChR2，可以人为地激活胶质细胞中的糖代谢，从而以与体内相同的方式控制特定的神经元活动。因此，本研究的结果表明，如果使用申请人开发的光照射装置向自由活动的动物的大脑的局部区域照射光，则可以控制脱水期间的盐摄入回避行为。预计这将有助于阐明神经胶质细胞在控制个体行为中的作用。