側坐核コルチコトロピン放出ホルモンニューロンの終条床核への投射が覚醒と積極的な感情状態を促進する
側坐核関連皮質放出ホルモンニューロンの分界条床核への投射が覚醒と積極的感情状態を調節する
背景紹介
側坐核（nucleus accumbens, NAc）は、動機づけ、報酬、そして高度な覚醒を必要とする多くの行動の調節において重要な役割を果たしています。しかし、NAcにおける覚醒と感情調節の神経メカニズムについての研究はまだ完全には解明されていません。皮質放出ホルモン（corticotropin-releasing hormone, CRH）は重要なストレス関連神経内分泌シグナルですが、NAcにおけるその機能は不明確です。この研究では、研究者たちはNAc内の特定のCRHニューロン亜集団（NAcCRH）がマウスの覚醒と感情行動をどのように調節するかを探ることを目的としました。
研究出典
この論文はGaojie Pan、Bing Zhao他6名の研究者によって共同執筆され、主な機関には復旦大学、南通大学、海軍軍医大学が含まれています。論文は2024年3月9日に受理され、2024年5月2日に受理され、「Neurosci Bulletin」誌に掲載されました。
研究詳細
研究方法とプロセス
動物モデル
研究ではCrh-Creマウスモデルを使用しました。これは核内でCre依存性蛍光タンパク質GCamp7fを発現できるマウスです。これらのマウスは、防音室内で12時間の昼夜周期で飼育されました。
アデノ随伴ウイルス（AAV）の作製
AAVベクターは、マウスの脳内の特定領域で特定の遺伝子を発現させるために使用されました。これにはAAV-hsyn-dio-hm3dq-mcherryやAAV-hsyn-dio-chr2-mcherryなどが含まれます。
手術とウイルス注入
麻酔下で、研究者たちはCre依存性AAVベクターをマウスの核に両側性に注入し、分界条床核（BNST）内に投射経路を標識するためのトレーサー色素を注入しました。
光遺伝学と化学遺伝学実験
NAcCRHニューロンの覚醒と感情への影響を調べるために、研究者たちは光遺伝学的手法を用いてこれらのニューロンを活性化または抑制しました。さらに、DREADD受容体（設計された薬物効果細胞興奮受容体）を使用する化学遺伝学的手法も採用し、CNO（特定のリガンド）の注射によってNAcCRHニューロンの活動を活性化または抑制しました。
研究結果
覚醒状態でのNAcCRHニューロンの活性上昇
光ファイバー光度測定（fiber photometry）を通じて、研究者たちはNAcCRHニューロンのカルシウムシグナルが覚醒状態でREM睡眠やNREM睡眠状態よりも有意に高いことを発見しました。さらに、NREM睡眠から覚醒、NREM睡眠からREM睡眠、そしてREM睡眠から覚醒への移行過程で、NAcCRHニューロンの活性が上昇することが確認されました。
NAcCRHニューロンの活性化が覚醒を促進しNREM睡眠を抑制する
光遺伝学的にNAcCRHニューロンを活性化することで、研究者たちはマウスがNREM睡眠中の光刺激によって急速に覚醒状態に移行することを発見しました。この移行は高い時間依存性を示しました。化学遺伝学的手法でNAcCRHニューロンを活性化した場合も同様の結果が観察され、覚醒時間が有意に増加し、NREM睡眠時間が有意に減少しました。
NAcCRHニューロンの抑制が覚醒を減少させNREM睡眠を増加させる
化学遺伝学的抑制実験では、CNOの注射によってNAcCRHニューロンの活動が減少し、マウスの活動期（夜間）における覚醒時間の減少とNREM睡眠時間の増加をもたらすことが示されました。
自然報酬刺激によるNAcCRHニューロンの活性化
研究ではさらに、異性との社会的交流、チョコレートの摂取、砂糖水の舐めるなどの自然報酬を含む刺激過程で、NAcCRHニューロンのカルシウムシグナルが有意に増加することを発見しました。これは、これらのニューロンが報酬刺激に敏感であることを示しています。
NAcCRHニューロンの活性化が感情行動を調節する
リアルタイム位置選好（real-time place preference, RTPP）テストでは、光遺伝学的にNAcCRHニューロンを活性化されたマウスが明らかな場所選好行動を示しました。さらに、オープンフィールドテスト（open field test, OFT）と高架式十字迷路（elevated plus maze, EPM）テストでは、これらのニューロンを活性化されたマウスが活動の増加と不安レベルの低下を示す行動パターンを示しました。
NAcCRHニューロンのBNSTへの投射が覚醒と感情を調節する
さらなる逆行性標識と光遺伝学実験を通じて、研究者たちはNAcCRHニューロンが主にGABA作動性シナプスを介してBNSTに直接投射していることを発見しました。この特定の経路を活性化することで、NREM睡眠から覚醒への移行を誘発し、同様にRTPPテストでの選好時間やOFTテストでの中央活動区域での滞在時間を有意に増加させることができました。
結論と意義
この研究は、NAc内の特定のCRHニューロン亜集団が覚醒の促進と積極的感情状態の調節において重要な役割を果たしていること、そしてBNSTがその主要な下流投射領域であることを明らかにしました。この発見は、覚醒と感情行動の神経メカニズムの理解に新たな洞察を提供するだけでなく、関連疾患の治療のための潜在的なターゲットを提供する可能性があります。
研究のハイライト
- NAcCRHニューロンの覚醒と感情調節機能：NAc内のCRHニューロンが自然な覚醒と感情行動の調節において重要な役割を果たしていることを初めて体系的に明らかにしました。
- 投射経路の明確性：光遺伝学と逆行性標識実験を通じて、これらのCRHニューロンがGABA作動性シナプスを介してBNSTに直接投射し作用することを明確にしました。
- 行動学実験の包括性：複数の行動学実験（RTPP, OFT, EPMなど）によって、NAcCRHニューロンの感情と覚醒行動に対する調節作用を検証しました。
この研究は、将来的に覚醒と感情調節の神経回路メカニズムをさらに探求するための重要な基盤を築きました。