2024/09/02 更新

写真a

ムカイ ヤスタカ
向井 康敬
MUKAI Yasutaka
所属
大学院理学研究科 理学専攻 生命理学 助教
職名
助教
外部リンク

学位 3

  1. 博士(医学) ( 2021年3月   名古屋大学 ) 

  2. 修士(医科学) ( 2017年3月   名古屋大学 ) 

  3. 学士(理学) ( 2015年3月   名古屋大学 ) 

研究分野 5

  1. ライフサイエンス / 分子生物学

  2. ライフサイエンス / 生理学

  3. ライフサイエンス / 神経科学一般

  4. ライフサイエンス / 薬理学

  5. ライフサイエンス / 神経機能学

経歴 4

  1. 名古屋大学   大学院理学研究科 理学専攻 生命理学   助教

    2024年9月 - 現在

  2. 名古屋市立大学   大学院薬学研究科 神経薬理学分野

    2024年4月 - 2024年8月

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  3. 北海道大学   大学院医学研究院 細胞薬理学教室

    2023年4月 - 2024年3月

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    国名:日本国

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  4. 名古屋大学   環境医学研究所神経系分野2

    2015年4月 - 2023年3月

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学歴 3

  1. 名古屋大学   大学院医学系研究科   総合医学専攻 博士課程

    2017年4月 - 2021年3月

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  2. 名古屋大学   大学院医学系研究科   医科学専攻 修士課程

    2015年4月 - 2017年3月

  3. 名古屋大学   理学部   生命理学科

    2011年4月 - 2015年3月

所属学協会 2

  1. 日本生理学会

    2016年11月 - 現在

  2. 日本神経科学学会

    2016年1月 - 現在

受賞 1

  1. AND 2023 Poster award

    2023年9月   Association for the study of neurons and diseases   Identification of substances that modulate the activity of noradrenergic neurons in the locus coeruleus

    Yasutaka Mukai

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論文 10

  1. Prostaglandin E<sub>2</sub>Induces Long-Lasting Inhibition of Noradrenergic Neurons in the Locus Coeruleus and Moderates the Behavioral Response to Stressors 査読有り

    Yasutaka Mukai, Tatsuo S. Okubo, Michael Lazarus, Daisuke Ono, Kenji F. Tanaka, Akihiro Yamanaka

    The Journal of Neuroscience   43 巻 ( 47 ) 頁: 7982 - 7999   2023年11月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Society for Neuroscience  

    Neuronal activity is modulated not only by inputs from other neurons but also by various factors, such as bioactive substances. Noradrenergic (NA) neurons in the locus coeruleus (LC-NA neurons) are involved in diverse physiological functions, including sleep/wakefulness and stress responses. Previous studies have identified various substances and receptors that modulate LC-NA neuronal activity through techniques including electrophysiology, calcium imaging, and single-cell RNA sequencing. However, many substances with unknown physiological significance have been overlooked. Here, we established an efficient screening method for identifying substances that modulate LC-NA neuronal activity through intracellular calcium ([Ca<sup>2+</sup>]<sub>i</sub>) imaging using brain slices. Using both sexes of mice, we screened 53 bioactive substances, and identified five novel substances: gastrin-releasing peptide, neuromedin U, and angiotensin II, which increase [Ca<sup>2+</sup>]<sub>i</sub>, and pancreatic polypeptide and prostaglandin D<sub>2</sub>, which decrease [Ca<sup>2+</sup>]<sub>i</sub>. Among them, neuromedin U induced the greatest response in female mice. In terms of the duration of [Ca<sup>2+</sup>]<sub>i</sub>change, we focused on prostaglandin E<sub>2</sub>(PGE<sub>2</sub>), since it induces a long-lasting decrease in [Ca<sup>2+</sup>]<sub>i</sub>via the EP<sub>3</sub>receptor. Conditional knock-out of the receptor in LC-NA neurons resulted in increased depression-like behavior, prolonged wakefulness in the dark period, and increased [Ca<sup>2+</sup>]<sub>i</sub>after stress exposure. Our results demonstrate the effectiveness of our screening method for identifying substances that modulate a specific neuronal population in an unbiased manner and suggest that stress-induced prostaglandin E<sub>2</sub>can suppress LC-NA neuronal activity to moderate the behavioral response to stressors. Our screening method will contribute to uncovering previously unknown physiological functions of uncharacterized bioactive substances in specific neuronal populations.

    SIGNIFICANCE STATEMENTBioactive substances modulate the activity of specific neuronal populations. However, since only a limited number of substances with predicted effects have been investigated, many substances that may modulate neuronal activity have gone unrecognized. Here, we established an unbiased method for identifying modulatory substances by measuring the intracellular calcium signal, which reflects neuronal activity. We examined noradrenergic (NA) neurons in the locus coeruleus (LC-NA neurons), which are involved in diverse physiological functions. We identified five novel substances that modulate LC-NA neuronal activity. We also found that stress-induced prostaglandin E<sub>2</sub>(PGE<sub>2</sub>) may suppress LC-NA neuronal activity and influence behavioral outcomes. Our screening method will help uncover previously overlooked functions of bioactive substances and provide insight into unrecognized roles of specific neuronal populations.

    DOI: 10.1523/jneurosci.0353-23.2023

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  2. Functional roles of REM sleep 査読有り

    Yasutaka Mukai, Akihiro Yamanaka

    Neuroscience Research   189 巻   頁: 44 - 53   2023年4月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.neures.2022.12.009

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  3. Cre-dependent ACR2-expressing reporter mouse strain for efficient long-lasting inhibition of neuronal activity 査読有り

    Yasutaka Mukai, Yan Li, Akiyo Nakamura, Noriaki Fukatsu, Daisuke Iijima, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Keiichi Itoi, Akihiro Yamanaka

    Scientific Reports   13 巻 ( 1 )   2023年3月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    Optogenetics is a powerful tool for manipulating neuronal activity by light illumination with high temporal and spatial resolution. Anion-channelrhodopsins (ACRs) are light-gated anion channels that allow researchers to efficiently inhibit neuronal activity. A blue light-sensitive ACR2 has recently been used in several in vivo studies; however, the reporter mouse strain expressing ACR2 has not yet been reported. Here, we generated a new reporter mouse strain, LSL-ACR2, in which ACR2 is expressed under the control of Cre recombinase. We crossed this strain with a noradrenergic neuron-specific driver mouse (NAT-Cre) to generate NAT-ACR2 mice. We confirmed Cre-dependent expression and function of ACR2 in the targeted neurons by immunohistochemistry and electrophysiological recordings in vitro, and confirmed physiological function using an in vivo behavioral experiment. Our results show that the LSL-ACR2 mouse strain can be applied for optogenetic inhibition of targeted neurons, particularly for long-lasting continuous inhibition, upon crossing with Cre-driver mouse strains. The LSL-ACR2 strain can be used to prepare transgenic mice with homogenous expression of ACR2 in targeted neurons with a high penetration ratio, good reproducibility, and no tissue invasion.

    DOI: 10.1038/s41598-023-30907-2

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    その他リンク: https://www.nature.com/articles/s41598-023-30907-2

  4. Glutamatergic signaling from melanin-concentrating hormone-producing neurons: A requirement for memory regulation, but not for metabolism control 査読有り

    Xuan Thang Pham, Yoshifumi Abe, Yasutaka Mukai, Daisuke Ono, Kenji F Tanaka, Yu Ohmura, Hiroaki Wake, Akihiro Yamanaka

    PNAS Nexus   3 巻 ( 7 )   2024年6月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

    Abstract

    Melanin-concentrating hormone-producing neurons (MCH neurons), found mainly in the lateral hypothalamus and surrounding areas, play essential roles in various brain functions, including sleep and wakefulness, reward, metabolism, learning, and memory. These neurons coexpress several neurotransmitters and act as glutamatergic neurons. The contribution of glutamate from MCH neurons to memory- and metabolism-related functions has not been fully investigated. In a mouse model, we conditionally knocked out Slc17a6 gene, which encodes for vesicular glutamate transporter 2 (vGlut2), in the MCH neurons exclusively by using two different methods: the Cre recombinase/loxP system and in vivo genome editing using CRISPR/Cas9. Then, we evaluated several aspects of memory and measured metabolic rates using indirect calorimetry. We found that mice with MCH neuron-exclusive vGlut2 ablation had higher discrimination ratios between novel and familiar stimuli for novel object recognition, object location, and three-chamber tests. In contrast, there was no significant change in body weight, food intake, oxygen consumption, respiratory quotient, or locomotor activity. These findings suggest that glutamatergic signaling from MCH neurons is required to regulate memory, but its role in regulating metabolic rate is negligible.

    DOI: 10.1093/pnasnexus/pgae275

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    その他リンク: https://academic.oup.com/pnasnexus/article-pdf/3/7/pgae275/58598945/pgae275.pdf

  5. Chronic pain enhances excitability of corticotropin-releasing factor-expressing neurons in the oval part of the bed nucleus of the stria terminalis 査読有り

    Ryoko Uchida, Yasutaka Mukai, Taiju Amano, Kenji Sakimura, Keiichi Itoi, Akihiro Yamanaka, Masabumi Minami

    Molecular Brain   17 巻 ( 1 )   2024年5月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    We previously reported that enhanced corticotropin-releasing factor (CRF) signaling in the bed nucleus of the stria terminalis (BNST) caused the aversive responses during acute pain and suppressed the brain reward system during chronic pain. However, it remains to be examined whether chronic pain alters the excitability of CRF neurons in the BNST. In this study we investigated the chronic pain-induced changes in excitability of CRF-expressing neurons in the oval part of the BNST (ovBNST<sup>CRF</sup> neurons) by whole-cell patch-clamp electrophysiology. CRF-Cre; Ai14 mice were used to visualize CRF neurons by tdTomato. Electrophysiological recordings from brain slices prepared from a mouse model of neuropathic pain revealed that rheobase and firing threshold were significantly decreased in the chronic pain group compared with the sham-operated control group. Firing rate of the chronic pain group was higher than that of the control group. These data indicate that chronic pain elevated neuronal excitability of ovBNST<sup>CRF</sup> neurons.

    DOI: 10.1186/s13041-024-01094-6

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    その他リンク: https://link.springer.com/article/10.1186/s13041-024-01094-6/fulltext.html

  6. Deficiency of orexin signaling during sleep is involved in abnormal REM sleep architecture in narcolepsy 査読有り

    Hiroto Ito, Noriaki Fukatsu, Sheikh Mizanur Rahaman, Yasutaka Mukai, Shuntaro Izawa, Daisuke Ono, Thomas S. Kilduff, Akihiro Yamanaka

    Proceedings of the National Academy of Sciences   120 巻 ( 41 )   2023年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1073/pnas.2301951120

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  7. Neural mechanisms underlying uninstructed orofacial movements during reward-based learning behaviors 査読有り

    Wan-Ru Li, Takashi Nakano, Kohta Mizutani, Takanori Matsubara, Masahiro Kawatani, Yasutaka Mukai, Teruko Danjo, Hikaru Ito, Hidenori Aizawa, Akihiro Yamanaka, Carl C.H. Petersen, Junichiro Yoshimoto, Takayuki Yamashita

    Current Biology   33 巻 ( 16 ) 頁: 3436 - 3451.e7   2023年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.013

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  8. Primary motor cortex drives expressive facial movements related to reward processing in mice

    Wanru Li, Takashi Nakano, Kohta Mizutani, Masahiro Kawatani, Takanori Matsubara, Teruko Danjo, Yasutaka Mukai, Akihiro Yamanaka, Hikaru Ito, Hidenori Aizawa, Carl C. H. Petersen, Junichiro Yoshimoto, Takayuki Yamashita

        2022年10月

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    出版者・発行元:Cold Spring Harbor Laboratory  

    ABSTRACT

    Animals exhibit expressive facial movements in a wide range of behavioral contexts. However, the underlying neural mechanisms remain enigmatic. In reward-based learning tasks, mice make expressive movements with their whiskers and nose at the timings of reward expectation and acquisition. Here we show that optogenetic stimulation of midbrain dopamine neurons (oDAS) as a reward is sufficient to induce such expressive movements. Pavlovian conditioning with a sensory cue and oDAS elicited both cue-locked (reward-expecting) and oDAS-aligned (reward-acquiring) orofacial movements. Inhibition or knock-out of dopamine D1 receptors in the nucleus accumbens inhibited oDAS-induced motion but spared cue-locked motion. Silencing the whisker primary motor cortex (wM1) abolished both oDAS-induced and cue-locked orofacial movements. We found specific neuronal populations in wM1 representing either oDAS-aligned or cue-locked whisker movements. Thus, reward-acquiring and reward-expecting facial movements are driven by accumbal D1 receptor-dependent and -independent neuronal mechanisms, respectively, both dominantly regulated by wM1 activity.

    DOI: 10.1101/2022.10.28.514159

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  9. Functional Interaction Between GABAergic Neurons in the Ventral Tegmental Area and Serotonergic Neurons in the Dorsal Raphe Nucleus 査読有り 国際誌

    Sheikh Mizanur Rahaman, Srikanta Chowdhury, Yasutaka Mukai, Daisuke Ono, Hiroshi Yamaguchi, Akihiro Yamanaka

    Frontiers in Neuroscience   16 巻   頁: 877054 - 877054   2022年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Frontiers Media SA  

    GABAergic neurons in the ventral tegmental area (VTA) have brain-wide projections and are involved in multiple behavioral and physiological functions. Here, we revealed the responsiveness of Gad67+ neurons in VTA (VTA<sub>Gad67+</sub>) to various neurotransmitters involved in the regulation of sleep/wakefulness by slice patch clamp recording. Among the substances tested, a cholinergic agonist activated, but serotonin, dopamine and histamine inhibited these neurons. Dense VTA<sub>Gad67+</sub> neuronal projections were observed in brain areas regulating sleep/wakefulness, including the central amygdala (CeA), dorsal raphe nucleus (DRN), and locus coeruleus (LC). Using a combination of electrophysiology and optogenetic studies, we showed that VTA<sub>Gad67+</sub> neurons inhibited all neurons recorded in the DRN, but did not inhibit randomly recorded neurons in the CeA and LC. Further examination revealed that the serotonergic neurons in the DRN (DRN<sub>5–HT</sub>) were monosynaptically innervated and inhibited by VTA<sub>Gad67+</sub> neurons. All recorded DRN<sub>5–HT</sub> neurons received inhibitory input from VTA<sub>Gad67+</sub> neurons, while only one quarter of them received inhibitory input from local GABAergic neurons. Gad67+ neurons in the DRN (DRN<sub>Gad67+</sub>) also received monosynaptic inhibitory input from VTA<sub>Gad67+</sub> neurons. Taken together, we found that VTA<sub>Gad67+</sub> neurons were integrated in many inputs, and their output inhibits DRN<sub>5–HT</sub> neurons, which may regulate physiological functions including sleep/wakefulness.

    DOI: 10.3389/fnins.2022.877054

    PubMed

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  10. The oxytocin system regulates tearing

    Shigeru Nakamura, Toshihiro Imada, Kai Jin, Michiko Shibuya, Hisayo Sakaguchi, Fumiya Izumiseki, Kenji F Tanaka, Masaru Mimura, Kastuhiro Nishimori, Natsumi Kambara, Nozomi Hirayama, Itsuka Kamimura, Kensaku Nomoto, Kazutaka Mogi, Takefumi Kikusui, Yasutaka Mukai, Akihiro Yamanaka, Kazuo Tsubota

        2022年3月

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    出版者・発行元:Cold Spring Harbor Laboratory  

    Abstract

    Tears are an exocrine physiological fluid secreted onto the ocular surface from the lacrimal apparatus in all mammals. Limited research has been conducted on the functional neuronal circuitry of tear production. In particular, the neuronal mechanisms of emotional tearing, which is a physiological reaction harmonized with enhanced emotional arousal and assumed to be unique to humans, remain unclear. We identified that the oxytocin neurons in the paraventricular hypothalamus is functionally projected to the oxytocin receptor-expressing neurons in the lacrimation center of the superior salivatory nucleus. Optogenetic activation or inhibition of these neurons and/or receptors can modulate the superior salivatory nucleus dependent tear secretion mediated through oxytocin. Moreover, we identified that maternal behavior, nociceptive behavior stimulation, and aversive memory retrieval are linked to tearing in mice, and that these emotional linked tearing are suppressed by optogenetic inhibition of the corresponding oxytocin system. Thus, tearing could be regulated through functional connections between central oxytocin systems in the paraventricular hypothalamus and the superior salivatory nucleus.

    DOI: 10.1101/2022.03.08.483433

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書籍等出版物 1

  1. 精神医学領域の論文を読みこなすキーワード100!

    向井康敬, 山中章弘( 担当: 分担執筆 ,  範囲: 23. 視床下部)

    新興医学出版社  2022年12月  ( ISBN:9784880028866

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講演・口頭発表等 11

  1. Identification of substances that modulate the activity of noradrenergic neurons in the locus coeruleus

    Yasutaka Mukai, Michael Lazarus, Takeharu Nagai, Kenji F Tanaka, Akihiro Yamanaka

    Association for Study of Neurons and Diseases, The 16th International Conference for Neurons and Brain Disease  2023年9月20日 

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    開催年月日: 2023年9月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  2. 青斑核ノルアドレナリン神経活動を持続的に抑制するプロスタグランジンE2の生理機能

    向井康敬, ラザルス・ミハエル, 永井健治, 田中謙二, 山中章弘

    Neuro2022  2022年7月1日 

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    開催年月日: 2022年6月 - 2022年7月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  3. 青斑核ノルアドレナリン神経を持続的に抑制するプロスタグランジンE2の生理的役割について

    向井康敬, ラザルス・ミハエル, 永井健治, 田中謙二, 山中章弘

    第99回日本生理学会大会  2022年3月18日 

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    開催年月日: 2022年3月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  4. 特定神経の活動を調節する物質のスクリーニングと、それを用いた生理機能の解明 招待有り

    向井康敬, 永山綾子, 井樋慶一, 山中章弘

    日本睡眠学会 第46回定期学術集会  2021年9月23日 

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    開催年月日: 2021年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  5. 青斑核ノルアドレナリン神経におけるプロスタグランジンE2の生理機能の探索

    向井康敬, ラザルス・ミハエル, 永井健治, 田中謙二, 山中章弘

    第44回日本神経科学大会  2021年7月28日 

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    開催年月日: 2021年7月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  6. プロスタグランジンE2による、青斑核ノルアドレナリン神経活動の長期的な調節機構 招待有り

    向井康敬

    第4回名古屋リズム研究会  2021年6月11日 

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    開催年月日: 2021年6月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  7. プロスタグランジンE2はEP3受容体を介して青斑核ノルアドレナリン神経の長期的なカルシウム濃度低下を引き起こす

    向井康敬, ラザルス・ミハエル, 永井健治, 田中謙二, 山中章弘

    第98回日本生理学会大会  2021年3月28日 

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    開催年月日: 2021年3月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  8. Identification of factors regulating activity of corticotropin-releasing factor-producing neurons in the paraventricular nucleus of the hypothalamus 国際会議

    向井康敬, 永山綾子, 井樋慶一, 山中章弘

    SfN Global Connectome  2021年1月12日 

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    開催年月日: 2021年1月

    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

    国名:アメリカ合衆国  

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  9. 青斑核ノルアドレナリン神経の活動を調節する物質の同定

    向井 康敬, ラザルス ミハエル, 永井 健治, 田中 謙二, 山中 章弘

    第46回日本神経科学大会  2023年8月3日 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

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  10. Prostaglandin E2 induces sustained suppression of noradrenergic neurons in the locus coeruleus to moderate stress response

    向井康敬, 大久保達夫, Michael Lazarus, 小野大輔, 田中謙二, 山中章弘

    第101回日本生理学会大会  2024年3月29日 

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    会議種別:ポスター発表  

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  11. ハムスター脳内の神経修飾物質動態

    向井康敬, 黒田純平, 小林里帆, 張煜民, 佐藤蓮, 乘本裕明

    NEURO2024  2024年7月26日 

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    会議種別:ポスター発表  

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科研費 4

  1. 「あくび」発生の脳内分子基盤解明

    研究課題/研究課題番号:24K18232  2024年4月 - 2027年3月

    科学研究費助成事業  若手研究

    向井 康敬

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

    「あくび」はヒトを含む哺乳類に限らず、鳥類、爬虫類、両生類、ひいては魚類にいたるまで、多くの脊椎動物で進化的に保存された行動である。このことから、「あくび」は極めて重要な生理学的意義を持つと推定される。脊椎動物に共通する「あくび」の生理学的意義は何か? その糸口を掴むため、本研究では「あくび」発生時の脳内分子動態に着目し、「あくび」発生の脳内分子基盤解明を目的とする。

  2. プロスタグランジンE2による神経活動持続的抑制の生理機能解明

    研究課題/研究課題番号:22K15225  2022年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究  若手研究

    向井 康敬

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

    一時的なストレスを受けると、我々は数時間~数日間の持続的な「調子の悪さ」を経験する。この持続的な調子の悪さの原因は、数時間~数日間にだけ生じる「持続的な神経活動の変化」ではないだろうか? 研究代表者はこれまでに、マウス急性脳スライス標本にプロスタグランジンE2(PGE2)を2分間投与すると、青斑核ノルアドレナリン神経の活動が60分間以上持続的に抑制されることを発見した。この時間スケールの対比は、一時的なストレス受容後の持続的な「調子の悪さ」と類似している。そこで本研究ではPGE2による神経活動調節の「持続性」に着目し、神経活動の持続的な抑制がどのような生理機能に重要であるか解明を目指す。
    一時的なストレスを受けると、我々は数時間~数日間の持続的な「調子の悪さ」を経験する。この持続的な調子の悪さの原因は、数時間~数日間にだけ生じる「持続的な神経活動の変化」ではないだろうか? 研究代表者はこれまでに、マウス急性脳スライス標本にストレス関連物質であるプロスタグランジンE2(PGE2)を2分間投与すると、注意覚醒の惹起に重要な青斑核ノルアドレナリン神経(LC-NA神経)の活動が60分間以上持続的に抑制されることを発見した。この時間スケールの対比は、一時的なストレス受容後の持続的な「調子の悪さ」と類似している。そこで本研究ではPGE2による神経活動調節の「持続性」に着目し、神経活動の持続的な抑制がどのような生理機能に重要であるか解明を目指している。
    本年度は、プロスタグランジンE2(PGE2)によるLC-NA神経活動の持続的な抑制が、どのような生理機能に重要かを解明するため、PGE2による持続的な抑制に重要な3型PGE2受容体(EP3R)をLC-NA神経特異的にノックアウトしたマウス(cKO)と、同腹の野生型マウス(WT)を用いて実験を行った。半日以上持続的に睡眠覚醒行動を変化させる炎症性ストレスとして働くリポ多糖(LPS)を腹腔投与し、cKOとWTの睡眠覚醒行動への影響を調べた。その結果、いずれの遺伝子型も睡眠時間の増大が観察されたものの、cKOとWTの間で明確な違いは観察されなかった。
    また、光遺伝学的手法によってLC-NA神経活動を持続的に抑制可能なマウスの開発を行った。青色光照射によって開口する陰イオンチャネルのACR2を、組み換え酵素Cre依存的に発現する遺伝子改変マウス(LSL-ACR2マウス)を共同研究により作出し、Creマウスとの交配によりLC-NA神経でACR2を発現するマウスを得た(NAT-ACR2マウス)。そして脳スライスおよび生体内における機能確認を行った(Mukai et al. 2023)。
    令和4年度の当初の研究計画では、ストレス負荷無・有の各条件で生理機能測定を行い、cKOマウスとWTマウスの間で差の生じる生理機能を探索することとしていた。研究実績の概要で示したように、半日以上持続的に睡眠覚醒行動を変化させる炎症性ストレスとして働くリポ多糖(LPS)をcKOマウスとWTマウスそれぞれに腹腔投与し、睡眠覚醒行動への影響について、腹腔投与前日の平常状態との比較、およびcKOマウスとWTマウスの間の比較を行うことができた。さらに当初の研究計画の内容に加えて、光遺伝学的手法によってLC-NA神経活動を持続的に抑制可能なマウスの開発を行った。脳スライス標本の電気生理学的記録、および生体における行動実験により、開発したマウスで発現する光駆動タンパク質(陰イオンチャネルロドプシン)の機能評価を行った上で、研究成果をまとめて論文として発表することができた(Mukai et al. 2023)。以上の理由から、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
    令和4年度に行った研究では、EP3受容体によるLC-NA神経活動の持続的な抑制が関与すると考えられる新たな行動を見出すことはできなかった。そこで今後は、研究代表者がこれまでに発見していた、拘束ストレス負荷後の尾懸垂試験におけるcKOマウスとWTマウスの差異に着目して研究を推進する。cKOマウスとWTマウスの間でLC-NA神経活動に差異が存在するかどうかを、生体内で神経活動を測定可能なファイバーフォトメトリー法によって調べる。cKOマウスおよびWTマウスそれぞれのLC-NA神経に、アデノ随伴ウイルスベクターを注入してカルシウム指示タンパク質であるG-CaMP6を発現させる。続いて、青班核の近傍に光ファイバーカニューレを留置する。個体を十分に回復させた後、蛍光観察用の光ファイバーを取り付けた上で、自由行動・拘束・尾懸垂試験のそれぞれを行なっている間のLC-NA神経活動を測定する。以上により、実際の生体内におけるPGE2によるLC-NA神経活動の持続的抑制の有無、およびその生理機能解明を目指す。

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  3. プロスタグランジンE2による青斑核ノルアドレナリン神経活動長期抑制の生理機能解明

    研究課題/研究課題番号:21K20688  2021年8月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 研究活動スタート支援  研究活動スタート支援

    向井 康敬

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:3120000円 ( 直接経費:2400000円 、 間接経費:720000円 )

    ストレスを受けた時、数時間~数日間「調子の悪さ」を経験することがある。この原因は、数時間~数日間にだけ生じる「長期的な神経活動の変化」ではないだろうか? 研究代表者はこれまでに、マウス脳スライス標本にストレス関連物質であるプロスタグランジンE2(PGE2)を2分間投与すると、注意覚醒の惹起に重要な青斑核ノルアドレナリン神経(LC-NA神経)の活動が60分間以上持続して抑制されることを発見した。この時間スケールの対比は、ストレスおよびその受容後の「調子の悪さ」と類似している。そこで本研究は、PGE2によるLC-NA神経活動の長期的な抑制が、どのような行動惹起に重要であるか解明を目指している。
    本年度は、主に行動実験を行った。ノルアドレナリン輸送体(NAT)プロモーター下流でノルアドレナリン(NA)神経特異的に組み換え酵素Creを発現するNAT-Creマウス系統と、抑制性のプロスタグランジンE2受容体であるEP3受容体(EP3R)をCre依存的にノックアウト可能なEP3R-floxマウス系統を交配し、NA神経特異的なEP3Rノックアウトマウス(cKOマウス)を作出した。さらに、社会的孤立ストレス・社会的敗北ストレス・拘束ストレスの3種類のストレス負荷、およびうつ様状態を調べる行動実験である尾懸垂試験の、各実験環境を整備した。そして、cKOマウス、および同腹の野生型(WT)マウスを用いて、3種類のストレスのいずれかを負荷した後、尾懸垂試験を行い、うつ様状態の程度の指標である不動時間を測定した。その結果、拘束ストレス負荷後に、cKOマウスの不動時間がWTマウスの不動時間よりも増大する傾向を見出した。

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  4. 睡眠覚醒の切り替えにおける視床下部神経活動修飾の機能解明

    研究課題/研究課題番号:18J21665  2018年4月 - 2021年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    向井 康敬

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    視床下部に存在するオレキシン(ORX)神経は覚醒の維持に重要とされているが、その活動の制御様式は十分わかっていない。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するため、ORX神経特異的にCa2+指示タンパク質であるYellow Cameleon-Nano50(YC)を発現する遺伝子組換えマウス(ORX-YCマウス)を作出した。そして神経活動を制御する物質を探索するため、ORX-YCマウスの脳スライス標本で40種類以上の生理活性物質をそれぞれ2分間投与した際のCa2+濃度変化を解析した。その結果、ドーパミン(DA)がORX神経細胞内Ca2+濃度を1時間以上持続的に上昇させることを見出した。そこでDAが作用する受容体を同定するため、受容体選択的拮抗薬の存在下で同様の実験を行った。DAと親和性の高いドーパミンD1様・D2様受容体、およびアドレナリンα1・α2・β受容体の各選択的拮抗薬を、脳スライス標本の周囲にあらかじめ投与し、そこへDAを2分間投与した際のCa2+濃度変化を解析した。その結果、D1様受容体選択的拮抗薬存在下において、1時間以上続くCa2+上昇が強く抑制された。これらの結果から、ORX神経活動はDAによりD1様受容体を介して秒~時間の長い時間スケールで制御されている、すなわち神経活動修飾を受けている可能性が考えられた。なお、D1様受容体のうちD1受容体については、ORX神経特異的D1受容体ノックアウトマウスを作出し、脳スライスでDA投与時のORX神経細胞内Ca2+濃度変化を検討した。本成果は、生理活性物質の神経活動に対する作用として、これまで着目されてこなかった長期的な影響を発見した点で重要と考えられる。また本研究によって得られた成果は、日本神経科学大会およびFAOPS2019など7回の学術集会において発表を行った。

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