2017 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamic information processing in neuronal axons
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15K06722
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
川口 真也 京都大学, 産官学連携本部, 特定准教授 (00378530)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 軸索 / シナプス / シナプス可塑性 / 伝達物質受容体 / GABA-A受容体 / 短期促通 / パッチクランプ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中枢神経系の神経細胞の軸索およびその終末は、そのサイズが小さいために直接的な機能解析が難しく、不明な点が多く残されている。本研究では、研究代表者が得意とする微小な軸索終末からの直接パッチクランプ記録技術と、神経伝達物質の局所光活性化技術を組み合わせることで、軸索や軸索終末で情報伝達がいかに動的に調節されるかを明らかにすることを目指した。まず、プルキンエ細胞が別のプルキンエ細胞に形成するシナプスでの短期促通が、電位依存性CaチャネルのCa依存性機能亢進によることを明らかにした（Diaz-Rojas et al., 2015）。さらに、プルキンエ細胞の軸索に存在する伝達物質受容体により情報伝達がどのように影響されるかを調べ、軸索のGABA-A受容体がシナプス前部を興奮させることで伝達物質放出を促進することを明らかにした（Zorrilla de San Martin et al., 2017）。こうした軸索部での動的な情報伝達の修飾は、これまであまり想定されてこなかった意外な情報処理メカニズムであり、神経系のはたらきを理解する上で重要な視点を提示することができたと考えている。また、本研究と関連して、1ミクロン程しかない小脳顆粒細胞の軸索終末からの直接記録にも成功し、小さい故に間接的な方法で推論されてきた一般的な大きさの興奮性シナプス前部の機能設計に関して、詳細な知見を明らかにした(Kawaguchi and Sakaba, 2017)。具体的には、微小なシナプス前部であっても、約10個ほどのシナプス小胞が機能的に即時放出可能であること、伝達物質放出は細胞内Ca緩衝により強力に調節されること、その細胞内Ca緩衝が高速であることが短期シナプス促通に重要であることを示した。
以上から、直接パッチクランプ記録を駆使することにより、軸索・シナプス前部の動的な機能調節メカニズムの理解を深める知見を多く得られたと考えている。
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