樹状突起活動電位の生理学的役割に関する研究

• Project/Area Number: 18021003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 坪川 宏 Tohoku University, 大学院・情報科学研究科, 教授 (30227467)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥5,200,000); Fiscal Year 2007: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2006: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: 海馬 / 錐体細胞 / 樹状突起 / DSI / Backpropagation / カナビノイド / パッチクランプ / 脳スライス / backpropagation / シナプス / 可塑性 / 情報処理

Research Abstract

これまでの成果から、樹状突起活動電位は内因性カナビノイド放出を介して抑制性シナプス伝達の調節を行っていると考えられる。そこで本年度は、活動電位がアクティブに逆伝播される樹状突起の領域と、DSIが誘発される抑制性シナプスの部位とが一致するのかどうか検討した。
入力線維を刺激するための電極を、細胞体付近と、放線状層の近位及び遠位とに置き、CA1野錐体細胞におけるIPSCをボルテージクランプ・モードで経時的に記録した。DSI誘発の条件刺激としての活動電位は、一時的にカレントクランプ・モードに変更した後、軸索へ頻回電気刺激を加えて発生させた。
各領域の刺激により誘発されたIPSCは、その立ち上がり時定数により、樹状突起上の近位から遠位にかけてほぼ3箇所の領域での応答に区別された。最も近位の領域では、逆伝播スパイクの振幅が大きく頻度依存性の振幅減衰が見られないことが確認された。この領域におけるIPSCのDSIには、スパイク発数依存性の増強が見られる一方、頻度依存性は見られなかった。やや遠位の領域では、逆伝播スパイクの振幅に頻度依存性の減衰が見られることが確認された。この領域におけるIPSCのDSIには、スパイク発数依存性の増強が見られ、頻度依存性の減弱が見られた。逆伝播を促進するホルボール・エステルを投与すると、逆伝播スパイクの頻度依存性の振幅減少が消失し、DSIにおいても頻度依存性の減弱が消失した。逆伝播を抑制するソマトスタチンを投与すると、逆伝播スパイクの振幅が減少し、DSIの割合も減少した。最も遠位の領域では、逆伝播スパイクの振幅が小さくDSIも検出できなかったが、ホルボール・エステル投与後はDSIが誘発されるようになり、さらにその頻度依存性の減弱も見られるようになった。以上の結果は、樹状突起における逆伝播スパイクの到達範囲とDSI発現部位が対応することを示唆している。

Research Products

• [Journal Article] Endocannabinoid signaling triggered by NMDA receptor-mediated calcium entry into rat hippocampal neurons. (2007)
  • Author(s): Ohno-Shosaku T, Hashimotodani Y, Ano M, Takeda S, Tsubokawa H, Kano M
  • Journal Title: Journal of Physiology 15 Pages: 407-418
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-photon bioimaging utilizing supercontimuum light generated by a high-peak-power picosecond semiconductor laser source. (2007)
  • Author(s): Yokoyama H, Tsubokawa H, Guo HC, Shikata J, Mure M, Sato K, Takashima K, Kashiwagi K, Saito N, Taniguchi H, Ito H.
  • Journal Title: Journal of Biomedical Optics 12 Pages: 54019-54019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Forebrain-specific inactivation of Gq/G11 family G proteins results in age-dependent epilepsy and impaired endocannabinoid formation. (2006)
  • Author(s): Wettschureck, N., van der Stelt, M., Tsubokawa, H., Krestel, H., Moers, A., Petrosino, S., Schutz, G., Di Marzo, V., Offermanns, S.
  • Journal Title: Molecular and Cellular Biology 26 Pages: 5888-5894
• [Presentation] Information Processing in the Hippocampal Neuron by Active Dendrite (2007)
  • Author(s): Hiroshi Tsubokawa
  • Organizer: The 4th Joint Forum for Dialogue with Regional Industri al Partners
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市
  • Year and Date: 2007-12-14
• [Presentation] Frequency-dependent signal processing in the apical dendrites in the hippocampal CA1 pyramidal neurons. (2007)
  • Author(s): H. WATANABE, H. TSUBOKAWA, T. AIHARA, M. TSUKADA
  • Organizer: The 37th annual meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: アメリカ合衆国サンディエゴ市
  • Year and Date: 2007-11-05
• [Presentation] Active propagation of Na^+ spike in dendrite induces cannabinoid-receptor dependent suppression of GABAergic response in hippocampal CA1 neurons. (2007)
  • Author(s): S. TAKEDA, Y. FUJII, H. TSUBOKAWA
  • Organizer: The 37th annual meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: アメリカ合衆国サンディエゴ市
  • Year and Date: 2007-11-04
• [Presentation] Frequency-dependent response property of the dendrites in the hippocampal CA1 pyramidal cells. (2007)
  • Author(s): H. WATANABE, H. TSUBOKAWA, T. AIHARA, M. TSUKADA
  • Organizer: 第30回日本神経科学学会
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2007-09-11