In vivo imaging of circuit-specific synaptic rewiring in Parkinson's disease

• Project/Area Number: 19K07961
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 畑中 悠佑 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (50581899)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: パーキンソン病 / 樹状突起スパイン / 2光子in vivoイメージング / In vivo 2光子イメージング / 運動学習 / 逆行性ウイルス標識

Outline of Research at the Start

パーキンソン病では大脳皮質-基底核ループ内の神経回路が障害を受け，大脳皮質1次運動野のニューロンにも異常を来す．回路的に異なるサブタイプのニューロンがここに混在しているため，これらが受ける影響も異なると考えられる．本研究では，逆行性ウイルスベクターを用いて標識した異なるニューロン集団のシナプスを，2光子励起顕微鏡を用いたin vivoイメージングにより追跡し，パーキンソン病進行に付随する回路再編機構の解明を試みる．ここで，共に大脳皮質1次運動野に起始し同側線条体に投射し，錐体路を形成するが，一方は大脳皮質や対側線条体にも投射するニューロンと，他方は錐体路にも投射するニューロンに焦点を当てる．

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，逆行性ウイルスベクターを用いて投射路特異的に標識したニューロンのシナプスを，2光子励起顕微鏡を用いたin vivoイメージングにより追跡し，運動学習およびパーキンソン病進行に付随する，投射路特異的な回路再編のシナプス機構の解明を試みた．そのためのツール開発として，高力価の逆行性レンチウイルスベクターを用いたマウスIT/PTニューロンの標識・可視化解析法を独自に開発し，主に大脳皮質第5層に分布し，共に同側線条体に投射するIT/PTニューロンを，対側線条体および橋から，逆行性に蛍光標識した．また，予備検討としてパーキンソン病前駆症状モデルマウスの，1次運動野第5層錐体神経細胞のニューロンを非特異的に標識し，運動症状発症前より樹状突起スパインの不安定性に伴うスパインの減少を発見した．