2013 Fiscal Year Annual Research Report
アストロサイトによる神経同期活動の制御とその機能の解明
| Project Area | Glial assembly: a new regulatory machinery of brain function and disorders |
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| Project/Area Number |
25117004
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
大木 研一 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50332622)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | アストロサイト / カルシウム / 2光子イメージング / 同期活動 / 大脳皮質 / 視覚野 / 方位選択性 |
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| Research Abstract |
大脳皮質の発達期には、皮質上を伝播する同期活動が見られ、神経回路の成熟に役立っている可能性が考えられている。このような発達期の神経細胞の同期活動の役割を解明するため、神経細胞にカリウムチャンネル(Kir2.1)を遺伝子導入した。これにより、発達期の皮質の自発的な神経細胞の同期活動が著しく抑制された。Tet-Off系を用いて、誕生直前から生後2カ月まで神経細胞にKirを発現させて活動を大きく抑制し、その後それらの細胞を調べたところ、反応性、方位選択性が正常に形成されていた。従って、方位選択性の形成は神経活動に依存しないと考えられた。一方、方位選択性の形成後に、最適方位が再構成される過程があるが、この過程は神経細胞の同期活動の抑制により阻害されたため、神経細胞の同期活動に依存すると考えられた(投稿中)。
この過程にアストロサイトが関与しているかを検証するために、発達期の大脳皮質の神経細胞とアストロサイトの細胞体の活動の同時観察を開始した。その結果、アストロサイトの細胞体のCa活動には2種類あり、神経細胞の同期活動に同期した速い活動と、同期していない遅い活動が観察された。さらに、アストロサイトの突起の活動は細胞体と独立に発生しているという報告があるため、飯野班により開発されたアストロサイトにYC-Nano50を発現するマウスを使って、突起における活動の観察を開始した。その結果、発達期のマウスのアストロサイトの突起において、細胞体とは独立に、より高頻度の活動が観察されているが、神経細胞の同期活動との対応についてはこれからの課題である。このアストロサイトのカルシウム濃度を抑制するために、カルシウムのバッファーであるBAPTA, AMを用いた。これをクモ膜上に投与すると、アストロサイトに選択的に取り込まれると考えられる。この操作により神経細胞の同期活動が選択的に減少することが観察された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
このプロジェクトを進行する上で鍵となる、神経細胞の同期活動が、神経細胞の機能成熟に果たす役割を示す研究をほぼ終了した。この過程へのアストロサイトの関与を調べるためには、アストロサイトと神経細胞の同時イメージングが重要であるが、細胞体のレベルでは同時イメージングに成功している。アストロサイトの突起でのイメージングの系も立ち上げ、イメージングについては予想より速く進行している。一方、アストロサイトのCa活動の制御については、BAPTA-AMによる抑制は開始したが、他の制御法は未だ成功しておらず、予想より若干遅れている。総合して、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
アストロサイトにYC-Nano50を発現するマウスを使って、発達期のマウスのアストロサイトの突起において細胞体とは独立な活動が観察されているが、この活動と神経細胞の同期活動との関係を調べるため、子宮内電気穿孔法によりGCaMP6sを神経細胞に遺伝子導入する。これにより、近傍の神経細胞が活動したときにアストロサイトの突起が活動しているのか、それとも近傍の神経活動とは無関係に活動しているのかを検証する。これにより、アストロサイトの突起の各分枝が独立した機能単位として、神経細胞と相互作用しているかどうか調べる。また同様の相互作用が大人での視覚情報処理に関与しているかを調べるために、アストロサイトの突起の活動と、神経細胞の視覚応答の関係を調べる。
アストロサイトのカルシウム濃度をin vivoで抑制する実験については、BAPTA-AMのクモ膜上投与により、神経細胞の同期活動が抑制されることを見たが、BAPTA-AMがアストロサイトに選択的に取り込まれているか確認するために、Calcein-AMと混ぜて投与し、アストロサイトに入るが神経細胞に入らないかどうか検証する。これにより、BAPTA-AMがアストロサイトのみに入って活動を抑制していることが確認されれば、神経細胞の同期活動の減少は、アストロサイトの活動減少に起因するものと考えられ、アストロサイトが神経細胞の活動調節に役立っていると考えられる。これをより詳細に検討するため、飯野班と連携してIP3分解酵素をアストロサイトに遺伝子導入し、アストロサイトのCa活動を特異的に抑制したときの神経活動の同期活動への影響を見る。さらに、それが神経細胞の最適方位の再構成にどのような影響を与えるか調べる。
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