2光子励起顕微鏡法を用いたシナプス・開口放出機構の研究

• Project/Area Number: 15100005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Neuroscience in general
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences (2004); Okazaki National Research Institutes (2003)
• Principal Investigator: 河西 春郎 生理学研究所, 教授 (60224375)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥53,820,000 (Direct Cost: ¥41,400,000、Indirect Cost: ¥12,420,000); Fiscal Year 2004: ¥21,710,000 (Direct Cost: ¥16,700,000、Indirect Cost: ¥5,010,000); Fiscal Year 2003: ¥32,110,000 (Direct Cost: ¥24,700,000、Indirect Cost: ¥7,410,000)
• Keywords: グルタミン酸受容体 / 2光子励起 / ケイジド試薬 / シナプス

Research Abstract

大脳皮質錐体ニューロン上の樹状突起スパイン(棘突起)は、活動依存的な構造変化を起こし、これが記憶・学習の細胞基盤であると提唱されている。しかし、そのような構造変化と長期増強現象のようなシナプス可塑性がどう関係するのか、また、そうした可塑性が1個の樹状突起スパインレベルの入力特異性を持つか、といった問題は未解明であった。今回、海馬CA1錐体ニューロンの単一スパインに、ケイジドグルタミン酸を2光子励起法で光分解して投与することで、長期増強の構造基盤を解析した。量子的放出に相当するグルタミン酸の光放出を繰り返すと、刺激されたスパインに選択的にその頭部が急速に増大した。スパイン容積増大は大型のキノコ型のスパインでは一過的だが、小型のスパインでは持続的だった。さらに、スパイン容積増大は、刺激されたスパインに選択的なAMPA受容体を介した電流の増加を伴っており、またNMDA受容体とカルモジュリンとアクチンの重合に依存していた。これらの結果は、棘が1個ごとに個別にヘッブの学習法則に従うことを示している。さらに、小型のスパインが長期増強の好発部位であるのに対し、大型のスパインは長期記憶痕跡の物理的実態である可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Sequential exocytosis of insulin granules is associated with redistribution of SNAP25. (2004)
  • Author(s): Takahashi, N.
  • Journal Title: J.Cell Biol. 165 Pages: 255-262
• [Journal Article] Structural basis of long-term potentiation in single dendritic spines. (2004)
  • Author(s): Matsuzaki, M.
  • Journal Title: Nature 429 Pages: 761-766
• [Journal Article] Stabilization of exocytosis by dynamic F-actin coating of zymogen granules in pancreatic acini. (2004)
  • Author(s): Nemoto, T.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. (in press)
• [Publications] Kasai, Haruo: "Structure-stability-function relationships of dendritic spines."Trends in Neurosciences. 26. 360-368 (2003)
• [Publications] Kasai, Haruo: "Two-photon uncaging microscopy. In "Imaging in Neuroscience and Development."CSH Lab.. (in press).