The function of neuromodulation of hypothalamic neurons for switching of sleep-wakefulness

下丘脑神经元对睡眠-觉醒切换的神经调节作用

基本信息

批准号：
18J21665
负责人：
向井康敬
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

視床下部のオレキシン（ORX）神経は覚醒の維持に重要とされているが、その活動の調節様式は十分わかっていない。昨年度までに、脳スライス標本でORX神経活動を細胞内カルシウムイオン（Ca2+）濃度の変化として測定し、ドーパミン（DA: 100 μM）を2分間投与すると、D1受容体（D1R）を介してCa2+濃度が１時間以上持続的に上昇することを、ゲノム編集法によりD1Rをノックアウト（KO）して明らかにした。しかしゲノム編集法では、他の遺伝子に非特異的な影響を及ぼす可能性があった。そこで本年度は特異性を保証するため、組換え酵素Cre依存的にD1RをKO可能なD1-floxマウスを用いて実験を行った。当初予定した、アデノ随伴ウイルスベクターによりORX神経特異的にCreを発現させてD1RのKOを行う方法では、微量のCreが非特異的に発現する場合があった。そこで視床下部外側野でCreを発現させてD1RをKOし、ORX神経Ca2+濃度変化を調べた。その結果、D1RのKOによってDA投与時のCa2+濃度の持続的な上昇が抑制されたことから、確かに視床下部のD1Rが反応に関与することを解明した。本成果は、生理活性物質の神経活動に対する長期的な影響（神経活動修飾）について、関与する分子メカニズムを詳細に解明した点で重要と考えられる。また本年度は、視床下部室傍核のコルチコトロピン放出因子（PVN-CRF）神経について同様の研究を行った成果を論文発表した。PVN-CRF神経はストレス応答に重要とされている。本研究により、PVN-CRF神経Ca2+濃度が12物質により上昇し、3物質により低下することを解明した。さらに、アンジオテンシンIIはAT1受容体、ヒスタミンはH1受容体を介して腹側の、一方カルバコールはニコチン性・ムスカリン性の両アセチルコリン受容体を介して背側のPVN-CRF神経Ca2+濃度を上昇させることを解明した。本成果は、生理活性物質の神経活動に対する作用を正確にスクリーニング評価する手法を確立した点で重要と考えられる。

人们认为下丘脑中的食欲素（ORX）神经元对于维持清醒很重要，但其活动的调节模式尚不完全清楚。直到去年，ORX神经活动都是通过脑切片标本中细胞内钙离子（Ca2+）浓度的变化来测量的，当给予多巴胺（DA：100μM）2分钟时，Ca2+浓度通过D1受体（D1R）增加。通过使用基因组编辑方法敲除（KO）D1R，发现D1R持续升高超过1小时。然而，基因组编辑方法可能会对其他基因产生非特异性影响。因此，今年，为了保证特异性，我们使用D1-flox小鼠进行了实验，该小鼠可以以Cre依赖的方式敲除D1R。在最初计划的通过使用腺相关病毒载体在ORX神经元中特异性表达Cre来敲除D1R的方法中，存在少量Cre非特异性表达的情况。因此，我们在下丘脑外侧表达 Cre 以敲除 D1R，并检查 ORX 神经元 Ca2+ 浓度的变化。结果，D1R 的 KO 抑制了 DA 给药后 Ca2+ 浓度的持续增加，表明下丘脑中的 D1R 确实参与了该反应。该结果被认为是重要的，因为它详细阐明了生理活性物质对神经活动的长期影响（神经活动修饰）所涉及的分子机制。此外，今年我们还发表了一篇关于下丘脑室旁核促肾上腺皮质激素释放因子（PVN-CRF）神经元的类似研究结果的论文。 PVN-CRF 神经被认为在应激反应中很重要。这项研究表明PVN-CRF神经Ca2+浓度增加了12种物质，减少了3种物质。此外，血管紧张素 II 通过 AT1 受体增加腹侧 Ca2+ 浓度，通过 H1 受体增加组胺，而卡巴胆碱通过烟碱和毒蕈碱乙酰胆碱受体增加背侧 PVN-CRF 神经 Ca2+ 浓度。该结果被认为是重要的，因为它建立了一种准确筛选和评估生理活性物质对神经活动的影响的方法。