スライス培養系を用いた皮質脊髄シナプスの形成発達とその可塑性に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15300137
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: 桜井 正樹 帝京大学, 医学部, 教授 (30162340)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前田 仁士 帝京大学, 医学部, 助手 (20349252) ; 吉岡 昇 帝京大学, 医学部, 助手 (20365985)
• Keywords: 皮質脊髄路 / 発達 / シナプス形成 / シナプス除去 / 活動依存性 / スライス培養 / NMDA受容体 / 臨界期

Research Abstract

我々は皮質脊髄シナプスをin vitroで再構築することを試み、大脳感覚運動皮質と脊髄のスライスを共培養することによってこれに成功した。この系ではフィールドEPSPを脊髄から100μmの格子状に記録することにより、シナプス形成とその空間分布を定量的に評価できる。またバイオサイチン等による順行性標識により皮質脊髄線維終末の分布を観察できる。主としてこの方法を用いて、以下のことを明らかにした。(1)14DIV以降では皮質脊髄シナプスはin vivoとほぼ同様に脊髄背側に分布する。(2)この発達過程を追うと、7DIV頃には脊髄全体に分布するが、9DIVごろから腹側のシナプスが刈り取られ、背側へ限局していく。(3)脊髄背側と腹側に二種類の蛍光ビーズをおいて逆行性標識すると7DIVでは二重に標識される細胞が大部分であるのに対し、14DIVでは大部分が背側からしか標識されないこと、また7DIVでは腹側・背側に軸索反射によるシナプス応答が存在するが、14DIVではほとんど存在しないことから、この刈り取りが腹側へ行く軸索側枝の除去である。(4)培地中にNaチャネル阻害剤のTTXやNMDA受容体の阻害剤AP-5を加えておくと、この刈り取りは生じなくなる、即ち、このシナプス除去は活動依存性、NMDA受容体依存性である。(5)NMDA阻害剤の添加を5-6DIVで中断したり、13-14DIV以降に添加したりした場合はこのようなシナプス除去は生じない、不可逆過程であること、即ち7-14DIVの間に臨界期が存在する。(6)脊髄を分割し、大脳皮質と(1)脊髄背側-腹側、(2)腹側-腹側、(3)背側-背側という組み合わせで共培養すると7DIVではいずれの組み合わせでも背腹側両方にシナプスが形成されるが、14DIVになると(1)では腹側のシナプスが消失するのに対し、(2)(3)ではこの消失が起こらないことがわかった。これは脊髄背側-腹側間に潜在的なシナプス競合が存在することを示唆する。

Research Products

• [Publications] Ohno T, Maeda H, Sakurai M: "Regionally-specific distribution of corticospinal synapses because of activity-dependent synapse elimination in vitro."J.Neuroscience. 24. 1377-1384 (2004)
• [Publications] Kotake Y, Ohta I, Kanazawa I, Sakurai M: "Neurotoxicity of an endogenous brain amine, 1-benzyl-1,2,3,4-tetrahydroisoquinoline, in organotypic slice co-culture of mesencephalon and striatum."Neuroscience. 117. 63-70 (2003)
• [Publications] Takahashi Y, Takata T, Hoshino M, Sakurai M, Kanazawa I: "Benefit of IVIG for long-standing ataxic sensory neuronopathy."Neurology. 60. 503-505 (2003)