光学的計測と全胚遺伝子導入法を用いた初期胚中枢神経系における新規脱分極波の解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14704074
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (70251501)
• Keywords: depolarization wave / 学計測 / 膜電位感受性色素 / 鶏胚 / gap junction / NMDA receptor

Research Abstract

ニューロン電位活動の光学的多領域同時計測法を用いた脊椎動物中枢神経系の機能発生・機能形成・機能構築過程についての解析の過程で、脳神経・脊髄神経などの刺激によって、標本内の広範囲にわたって伝播する脱分極波(depolarization wave)が誘発されることを見いだした。このdepolarization waveは、これまでの報告には全く例がない数々の新しい特性を備えており、限局した領域の特定のニューロン群/シナプスに関して想定されていた従来のactivity-dependent developmental regulationとは異なった働きをもつ重要な発生シグナルとして機能しているものと考えられた。
本年度は、主として鶏胚を中心に、i)depolarization waveの時空間発現パターンの解析と、ii)depolarization waveの伝播メカニズムの解析を行い、以下の結果を得た。
i)cepolarization waveの時空間発現パターンの解析:depolarization waveは、脳幹、脊髄、中脳、小脳、間脳、大脳など、中枢神経系のほぼ全領域にわたって広範に伝播することが示された。waveの発現には、部位ごとに発生段階依存性の見られ、たとえば脳幹正中領域ではstage 28からstage 34、脳幹外側域ではstage 29からstage 37、小脳ではstage 33以降に発現することがわかった。この時間特異性は、神経細胞の形態学的な分化・発生過程と相関する事が示唆された。
ii)depolarization waveの伝播メカニズムの解析:神経刺激によって誘発されるdepolarization waveは、gap junction blockerあるいはNMDA receptor blockerによって完全に消失し、gap junctionとchemical synapseの双方が絡み合ったdual networkによって伝播すると考えられた。NMDA receptorの他にも、non-NMDA receptor、nichotinic-Ach receptor、GABA-A receptorなど、いくつかの神経伝達物質/受容体がmodulatorとして働いていることが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] Sato, K. et al.: "Intraoperative intrinsic optical imaging of neuronal activity from subdivisions of the human primary somatosensory cortex"Cerebral Cortex. 12. 269-280 (2002)
• [Publications] Sato, K. et al.: "Optical approaches to functional organization of glossopharyngeal and vagal motor nuclei in the embryonic chick hindbrain"Journal of Neurophysiology. 88. 383-393 (2002)
• [Publications] Sato, K. et al.: "Developmental organization of the glossopharyngeal nucleus in the embryonic chick brainstem slice as revealed by optical sectioning recording"Neuroscience Letters. 327. 157-160 (2002)
• [Publications] Sasaki, S. et al.: "Optical imaging of intrinsic signals induced by peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord"NeuroImage. 17. 1240-1255 (2002)
• [Publications] Momose-Sato, Y et al.: "Optical analysis of large-scale depolarization waves in the embryonic brain : a dual network of gap junctions and chemical synapses"Journal of Neurophysiology. 18. 600-614 (2003)
• [Publications] Momose-Sato, Y. et al.: "Depolarization waves in the embryonic CNS triggered by multiple sensory inputs and spontaneous activity : optical imaging with a voltage-sensitive dye"Neuroscience. 116. 406-423 (2003)
• [Publications] Miyakawa, N. et al.: "Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat cerebral cortex"NeuroImage. (in press). (2003)
• [Publications] Momose-Sato, Y. et al.: "Recent Research Developments in Membrane Biology"Research Signpost (in press). (2003)
• [Publications] Sato, K. et al.: "Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function"The Humana Press Inc (in press). (2003)