新規の光刺激法による非侵襲・生理的条件下における中枢神経シナプス長期可塑性の研究

• Project/Area Number: 20021008
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松崎 政紀 The University of Tokyo, 大学院・医学系研究科, 准教授 (50353438)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥6,900,000 (Direct Cost: ¥6,900,000); Fiscal Year 2009: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2008: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
• Keywords: 脳・神経 / 神経科学 / 高性能レーザー

Research Abstract

本研究課題は、大脳皮質でのシナプス可塑性を単一シナプスレベルで、非侵襲かつ限りなく生理的条件に近い状態で明らかにすることを目的とする。本研究では、我々はこれまで、独自に開発した2重2光子励起顕微鏡を用いて、海馬CA1錐体細胞の細胞に電極をあてることなく、光を使ってシナプス後細胞の活動電位を誘発し、これと単一シナプス後部スパインに対するケイジドグルタミン酸の2光子刺激を組み合わせる系を開発した。しかしこの系ではシナプス前細胞は刺激されていない。そこで、光感受性カチオンチャネルであるチャネルロドプシン-2 (ChR2)を神経細胞に発現させ、この軸索を青色レーザー照射することで、活動電位を誘発できるようにし、これとシナプス後細胞の活動電位誘発を組み合わせることで、これらの細胞間のシナプス後部スパイン特異的に頭部増大を誘発することができるようになった。さらにChR2が神経細胞で発現する個体マウスの大脳皮質を光照射することで、個体動物の3大脳神経細胞で活動電位を高速に誘発できるようになった。またシナプスは興奮性と抑制性に大きく分けられるが、これまでは興奮性シナプスに研究を集中してきた。そこで、ケイジドGABAを新規に開発することによって、抑制性シナプスの刺激を単一シナプスレベルで2光子刺激することを可能とした。これを組み合わせることで、抑制性シナプスの活性化を考慮にいれた、より生理的な単一シナプス可塑性を研究できるようになった。

Research Products

• [Journal Article] Two-photon uncaging of γ-aminobutyric acid in intact brain tissue (2010)
  • Author(s): Matsuzaki M., et al.
  • Journal Title: Nature Chemical Biology 6 Pages: 255-257
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 1-Acyl-5-methoxy-8-nitro-1, 2-dihydroquinoline : A biologically useful photolabile precursor of carboxylic acids (2010)
  • Author(s): Obi N., et al.
  • Journal Title: Tetrahedron letters 51 Pages: 1642-1647
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-color, two-photon uncaging of glutamate and GABA (2010)
  • Author(s): Kantevari S., et al.
  • Journal Title: Nature Methods 7 Pages: 123-125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transcranial optogenetic stimulation for functional mapping of the motor cortex (2009)
  • Author(s): Hira R., et al.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Methods 179 Pages: 258-263
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Principles of long-term dynamics of dendritic spines (2008)
  • Author(s): Yasumatsu N., et al.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience 28 Pages: 13592-13608
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Optical Stimulation of synapses and neurons (2009)
  • Author(s): Matsuzaki M.
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: アスティとくしま(徳島)
  • Year and Date: 2009-11-01
• [Presentation] Transcranial optigenetic stimulation of the mouse motor cortex (2009)
  • Author(s): Matsuzaki M.
  • Organizer: 第32回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(名古屋)
  • Year and Date: 2009-09-17