Caged細胞内物質を利用した中枢神経系ニューロン生理機能解明法の開発

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02557005
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 赤池 紀生 東北大学, 医学部, 教授 (30040182)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安井 湘三 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (50132741) ; 小出 育夫 (株)インターデック, 課長 ; 工藤 佳久 三菱化成, 生命科学研究所, 主任研究員 ; 鍋倉 淳一 東北大学, 医学部, 助手 (50237583) ; 河 和善 東北大学, 医学部, 助教授 (70125839)
• Keywords: 多現象同時計測装置 / Caged化合物 / イオン測定蛍光試薬 / ラット / 単離中枢神経細胞 / 電気生理学

Research Abstract

本試験研究で開発・改良された測定装置は当初計画を60%以上クリアできたが、光学測定機能の欠点に加え、電気生理学測定法との同時測定には数多くの問題があることが詳細な生物実験から判明した。光学測定機能の問題点のうち特に生物実験の支障となったのは、1)励起蛍光を測定する絞りが10ミクロン以下に絞り込めず、細胞膜直下や細胞核等生理機能上重要と考えられる細胞内局所のCa^<2+>濃度測定ができない。よって細胞体全体の平均として測定され、電気生理学的に測定される速い電気信号との間にズレが生じる、2)上記の理由で多点測光ができず電気生理実験の結果との対応が取れない、3)画像処理ソフトが未完成で、神経可塑性など神経機能発現の上で重要な樹状突起での蛍光変化がバックグランドに隠れてしまい測定できないの3点であった。また、電気生理と光学測光の同時記録を行う上での問題点は、1)励起用キセノンランプの冷却ファンが発生する振動を取り除けず、パッチ電極先端と細胞膜間のシール上がらないか、または長時間の安定した記録が難しい、2)電気信号と蛍光信号を別々の記録装置に記録し、しかも再生時のトリガーが共通でないため再生して記録を詳細に解析できない、3)同時記録にはそれぞれ単独の記録に使うよりもよりよい状態で細胞を単離する必要があり、とくに蛍光試薬の負荷による細胞のダメージが電気生理的測定を困難にする、4)蛍光測光の時間分解能が電気生理実験に比べ数千倍悪く、速い電気現象との対応ができないの4点が挙げられる。4)を解決するために細胞障害性の少ない膜透過性蛍光指示薬の開発が望まれる。測定装置の改良が大幅に遅れたことで生物実験の結果を最終的にフィードバックできなかったが問題点が浮き彫りとなったことで今後の明確な指針が立ち、試験研究としての成果は十分であろう。蛍光測定機としての欠点は本研究の成果を基に基本設計段階から改良され後継機の開発に生かされた。

Research Products

• [Publications] Aibara,K.,Ebihara,S.,& Akaike,N.: "Boltage-dependent ionic currents in dissodiated paretracheal ganglion cells of the rat." J.of Physiology. 457. 591-610 (1992)
• [Publications] Furukawa,K.,Akaike,N.,Onodera,H.& Kogure,K.: "Expression of 5-HT D23 D2 receptors in PC12 cells treated with NGF and 8-Br-cAMP" J.of Neurophysiology. 67. 812-819 (1992)
• [Publications] Itabashi,S.,Aibara,K.,Sasaki,H.& Akaike,N.: "γ-Aminobutyric acid-induced response in rat dissociated paratracheal ganglion cells." J.of Neurophysiology. 67. 1367-1374 (1992)
• [Publications] Ebihara,S.& Akaike,N.: "Strychnine-induced potassium current in CA1 pyramidal neurones of the rat hippocampus." Br.J.Pharmacol.106. 823-827 (1992)
• [Publications] Akaike,N.,Harata,N.,Ueno,S.,& Tareishi,N.: "GABAergic symaptic current in dissociated necleus basalis of meynert neurons of the rat." Brain Res.570. 102-108 (1992)
• [Publications] Ebihara,s.,Takishima,T.,Shirasaki,T.,& Akaike,N.: "Regional variation of excitatory and inhibitory amino acid-induced responses in rat dissociated CNS neurons." Neurosience Res.14. 61-71 (1992)
• [Publications] Harata,N.,Ebigara,S.,& Akaike,N.: "Modulation of NMDA receptors by ACh in the central nervous system." Prog.Neuro-psychophamacol.& Biol.Psychiat.16. 977-984 (1992)
• [Publications] Akaike,N.,Yamanaka,H.& Munakata,M.: "Novel Ca D12+ D1 currents in mammalian CNS neurons" Prog.Neuro-Psychopharamacol.& Biol.Psychiat.16. 948-957 (1992)
• [Publications] Ueno,S.,Kakahata,S.,& Akaike,N.: "Nicotinic acetylcholine receptor in dissociated rat nucleus tractus solitarii neurons." Neuroscience Lett.149. 15-18 (1993)
• [Publications] Uneyama,H.,Ueno,S.,& Akaike,N.: "Serotonin-operated potassium current in CA1 neurons dissociated from rat hippocampus." J.of Neurophysiol.69. (1993)
• [Publications] Uneyama,H.,Munakata,M.& Akaike,N.: "Caffeine response in pyramidal neurons freshly dissociated from rat hippocampus." Brain Res.
• [Publications] Uneyama,H.,Harata,N.,& Akaike,N.: "Caffeine and related compounds block inhibitory amino acid-gated cl-currents in freshly dissociated rat hippocampal neurones" Br.J.of Pharmacol.
• [Publications] Ueno,S.,Nabekura,J.,Ishibashi,H.,Akaike,N.,Mori,T.,& Shiga,M.: "Photolysis of a newly synthesized caged glycine activates glycine receptor of rat CNS neurons." Neuroscience Method.