発達期中枢神経シナプス結合の淘汰と固定化の分子機構に関する生理学的研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08458264
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 狩野 方伸 理化学研究所, シグナル伝達機能研究チーム, チームリーダー (40185963)
• Keywords: マウス / 小脳 / プルキンエ細胞 / 登上線維シナプス / パッチクランプ / 生後発達 / 多重支配 / ノックアウトマウス

Research Abstract

本年度は以下の2点について研究を行った。
(1)正常マウス登上線維応答の生後発達
マウスの登上線維応答の性質を日齢をおって電気生理学的に調べた。小脳虫部より250μmのスライスを作製し、プルキンエ細胞からwhole-cell patch-clampを行い、登上線維を電気刺激して興奮性シナプス後電流(EPSC)を記録した。生後1週から2週にかけて、登上線維による多重支配を受けるプルキンエ細胞の比率が大きく減少し、生後約20日で成熟型の単一支配が完成することが明らかになった。また、生後1週目までの登上線維応答は、EPSCの立上り時間が遅いこと、登上線維2発刺激に対するpaired-pulse depressionの程度が強いことなど、成熟型の登上線維応答とは異なる性質を持つことが明らかになった。
(2)ノックアウトマウスの解析
代謝型グルタミン酸受容体1型(mGluRl)ノックアウトマウスにおける小脳登上線維シナプスの生後発達を電気生理学的に詳細に調べた。その結果、このノックアウトマウスでは生後3週目以降に約1/3のプルキンエ細胞が複数の登上線維による多重支配を受けるという、正常マウスではみられない発達の異常がみられた。これらよりプルキンエ細胞のmGluRl活性化が登上線維シナプスの成熟に必要であるが示唆された。
また、小脳プルキンエ細胞に特異的なδ2型グルタミン酸受容体のノックアウトマウスにおける、小脳平行線維および登上線維シナプスの生後発達を電気生理学的性質に調べた。このマウスでは、平行線維刺激の反応の大きさが有意に減弱しており、また、登上線維がプルキンエ細胞の遠位樹状突起に、過剰な異所性シナプスを形成していた。これは平行線維シナプス形成不全の結果と考えられ、平行線維と登上線維の間でプルキンエ細胞樹状突起のシナプス後部をめぐる競合があることが示唆された。

Research Products

• [Publications] Tempia,F.他: "The fractional calcium current through neuronal AMPA receptor channels with a 'low' calcium permeability." Journal Neurosci. 15. 456-466 (1996)
• [Publications] Kano,M.他: "Calcium-induced rebound potentiation of GABA-mediated currents requires activation of calcium/calmod ulin dependent kinase II." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 93. 13351-13356 (1996)
• [Publications] Kano,M.他: "Persistent multiple climbing fiber innervation of cerebellar Purkinje cells in mice lacking mGluRl." Neuron. (印刷中).
• [Publications] Miyata,M.他: "Corticotropin releasing factor (CRF) induces long-lasting depression of parallel fiber to Purkinje cell synaptic transmission in rat cerebellum." J.Physiol.Paris,. (印刷中).
• [Publications] Kano,M.: "Long-lasting potentiation of GABAergic inhibitory synaptic transmission in cerebellar Purkinje cells : its properties and possible mechanisms." Behav.Brain Sci.(印刷中).
• [Publications] Kano,M.他(分担): "Brain Processes and Memory (pp259-268)" Elsevier, 414 (1996)
• [Publications] Kano,M.(分担): "Gene targeting and new development in neurobiology (pp25-35)" Japan Scientific Societies Press, 253 (1996)
• [Publications] 狩野方伸(分担): "脳研究の最前線:遺伝子から知能へ(pp46-57)" クバプロ, 178 (1996)