2016 Fiscal Year Research-status Report
マーモセット視覚中枢における、電気シナプスを介した化学シナプスの伝達効率の改善
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15K08193
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| Research Institution | Fujita Health University |
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Principal Investigator |
日高 聡 藤田保健衛生大学, 医学部, 講師 (00228735)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
海野 修 東邦大学, 理学部, 教授 (70119907)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電気シナプス / ギャップ結合 / グルタミン酸シナプス / 興奮性シナプス後電流 / 大脳皮質視覚野 / 網膜 / 神経回路網の成熟 / シナプス伝達の効率化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、哺乳類の大脳皮質視覚中枢の並列神経回路の形成と成熟過程で、眼の網膜の神経細胞から伝達経路を経て脳への視覚情報の入力による“活動依存的なメカニズム”を介した化学シナプス（情報の伝達部）の伝達の効率化が誘導されるメカニズムを解明することが目的です。伝達の効率化では、並列配列の細胞間の電気シナプス（細胞間で興奮が伝播できる部）が重要な働きをしていると考えています。我々のこれまでの研究から電気シナプスの働きを発見しました。本研究では「伝達の改善」は電気シナプスが働き，出力の細胞でシナプスが増強して誘導されるという新しい着眼点で始まっています。
神経回路網の発達・成長過程で，電気シナプスを介した化学シナプス伝達の効率化のメカニズムを解明するため，比較生理学的な解析を行いました。コモンマーモセットの実験では、研究協力者が動物の飼育環境を提供し、動物の飼育指導と動物実験の指導を行い、網膜と大脳皮質視覚野の神経回路網について、Carl Zeiss社のLSM710レーザー共焦点顕微鏡と日立製作所 HITACHI H-7650電子顕微鏡によって視覚系構造の微細形態を解析しました。その結果、網膜と大脳皮質視覚野の神経細胞において、電気シナプスであるギャップ結合を同定しました。生後10日頃までの幼弱ラットの大脳皮質の細胞と成熟ラットの網膜細胞を用いて発達生理学的に、電気生理学手法のdual whole-cell patch-clamp 法によって解析した結果、細胞間の電気シナプスを介して，結合しているそれぞれの細胞への入力電流が増大し、神経スパイク・活動電位の閾値以下の電流がそれぞれの細胞に入力した場合でも容易に神経スパイクが発生できることを明らかにしました。この実験結果から、電気シナプスによる化学シナプス伝達の効率化・伝達の改善のメカニズムの解明へと発展できると考えられます。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本研究では，哺乳類の大脳皮質視覚中枢の並列な神経回路網の発達・成長過程で，電気シナプスを介したグルタミン酸シナプスにおける情報伝達の効率化の生理機能を解明するため，哺乳類のラットやコモンマーモセットなどを用い、比較生理学的な解析を行っています。実験解析法の 技術シーズ： 電気生理学的にdual whole-cell patch-clamp 法による解析と、 Carl Zeiss社のLSM710レーザー共焦点顕微鏡，日立製作所 HITACHI H-7650 電子顕微鏡や生理学研究所の超高圧電子顕微鏡による超微細形態の解析 とを利用し，視覚系の神経回路網を発達生理学的に解析しています。 発達過程のラットの大脳皮質と網膜の神経細胞および成熟ラットの神経組織では、発達生理学的な解析は概ね順調に進んでおり、さらにラットとコモンマーモセットとの比較生理学的な解析も進んでいますし、成熟なコモンマーモセットでの視覚系の形態構造の微細形態の解析も進んでいますが、しかしながら、コモンマーモセットの視覚機能の解析があまり進んでいません。これは、コモンマーモセットの視覚野での実験解析において電気生理データを得ることが難しかったためです。検討した結果，実験解析の方法を改善して，さらに電気生理実験を推し進めたいと思っています。
また、研究分担者が電気生理学実験と形態組織学実験の結果を元に，計算論的モデルを構築し解析しています。モデル解析に必要なハード機器を購入して解析を続けています。大脳皮質視覚中枢の神経回路網において，電気シナプスを介したグルタミン酸シナプスにおける伝達の効率化に関する新しい知見が得られます。さらに，研究解析を進めて行きたいと思っています。
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| Strategy for Future Research Activity |
哺乳類の大脳皮質視覚中枢の並列な神経回路網の発達・成長過程で電気シナプスを介したグルタミン酸シナプスにおける情報伝達の効率化の生理機能の比較生理学的および発達生理学的な探索を進めます。
コモンマーモセット，誕生前の動物および幼弱ラットの大脳皮質視覚野の神経回路網の神経細胞構築における電気シナプスの形態構造について、Carl Zeiss社のLSM710レーザー共焦点顕微鏡，日立製作所 HITACHI H-7650電子顕微鏡と，自然科学研究機構・生理学研究所の超高圧電子顕微鏡によって解析します。発達過程のラットの大脳皮質の神経細胞を用いて電気生理学手法のdual whole-cell patch-clamp 法によって電気シナプスの視覚機能における役割を解析します。
研究分担者は網膜と大脳皮質視覚中枢の発達・成長過程の神経回路網において，電気シナプス・ギャップ結合が関係する視覚機能について，計算論的モデルを構築して解析します。
大脳皮質視覚中枢における電気シナプスの視覚機能における役割を明らかにするために，遺伝子発現のレベルと発現するチャネル蛋白のレベルで解析します。連携研究者との共同で電気シナプス・ギャップ結合蛋白・コネキシンに関する遺伝子組み換え動物を用いた解析を計画しており，視覚系で発現するコネキシン遺伝子の働きを解析します。連携研究者との共同で作製した人工抗体を用いて網膜と大脳皮質視覚中枢の発達・成長過程の神経回路網での電気シナプスを介したグルタミン酸シナプスにおける情報伝達の効率化の生理機能を解析します。さらに視覚系での働きが脳においてどのような高次機能を担っているかについても比較生理学的に解析します。
本研究の成果から電気シナプスを介したグルタミン酸シナプスにおける情報伝達の効率化という“発達生理学”上での，脳の高次の神経機能の発現メカニズムを提唱します。
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| Causes of Carryover |
研究代表者の平成28年度研究経費は概ね使用した。残金は￥22,655であった。研究分担者の平成28年度研究経費は，前年度からの繰り越し金を含めて￥300,000あり，これで計算論的モデルの構築のために必要なパーソナルパソコンを購入した。研究分担者の平成28年度の残金は，本研究備品購入の差額として￥38,856であった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究代表者の平成28年度研究経費の残金，￥22,655で 平成29年度では本研究に必要な消耗品を購入する予定である。また，研究分担者の平成28年度研究経費の残金，￥38,856で 平成29年度で本研究に必要な消耗品を購入するか，または計算論的モデルの構築に必要なソフトウエアを購入する費用に充てる計画である。
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