2016 Fiscal Year Research-status Report
海馬神経伝達および神経ネットワークにおける細胞内Ca ホメオスタシスの役割
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16K08070
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
伊藤 公一 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任准教授 (50330874)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 正貴 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30205273) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 加齢 / Ca2+ホメオスタシス / シナプス / 長期増強 / 記憶・学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
記憶・学習に重要な部位として知られる海馬ニューロンの神経伝達および神経ネットワークにおけるCa2+シグナルは細胞内Ca2+ホメオスタシスの基に一定に成り立っており、加齢性に脳機能が低下する一因はこれが崩壊することにあると考えられる。しかしながら神経細胞における細胞内Ca2+ホメオスタシスに関与するメカニズムの詳細は不明である。本研究では、電気生理学的測定とCa2+イメージングを同時に行い、これと並行して分子生物学的手法により細胞内Ca2+ホメオスタシス関連分子群の同定とその機能・局在を明らかにすることを目的としている。さらに個体レベルにおける脳波解析を通じて、神経伝達や神経ネットワークレベルでの細胞内Ca2+ホメオスタシス関連分子の解明とその役割について総合的に明らかにすることを視野に入れている。
本年度は電気生理学的解析とCa2+画像解析の同時記録による海馬苔状線維シナプス伝達における細胞内Ca2+の関与の解析と、シナプス伝達に関与するCa2+ホメオスタシス関連分子群の同定を行った。これまで集合電位記録により観察されていた加齢性のシナプス強度の減弱を、パッチクランプ法を用いてより詳細に検討した結果、加齢に伴い2発刺激に代表される短期シナプス可塑性や長期増強(LTP)に代表される長期シナプス可塑性が減弱していくことが明らかになった。また加齢性に記憶・学習障害が起こる原因が細胞内Ca2+ホメオスタシスの低下に起因すると考えられることから、まず加齢に伴って発現量が変化するCa2+流入関連タンパク質の同定を試みたところ、NMDA受容体およびTRPV1が候補にあがってきている。今後はCa2+排出系についても検討を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時の本年度研究計画として、①海馬苔状線維シナプス伝達とCa2+画像解析の同時記録による細胞内Ca2+の関与の解析、および②シナプス伝達に関与するCa2+結合タンパク質の同定を目標としていたのであるが、本年度の研究は予定をおおむね順調に進展していると考えられる。この理由としては、研究室が移転して立ち上げから行ったにも関わらずパッチクランプ法によるシナプス可塑性の評価法を完全に確立し、さらにセットアップから始まった画像解析装置のCa2+イメージングが稼働している状態に至っており、現在同時記録は可能ながらもさらにその技術をあげながら信頼性の高い記録を得る試みを継続しているところまで到達していることによる。また②に関してもシナプス可塑性に直接関与するCa2+チャネルであるNMDA受容体のみならず、TRPV1が関与する可能性を検討している最中であり、ここまでのところはおおむね順調と思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策として、現在行っている電気生理学的測定と画像解析の同時測定を継続していくことによって興奮性シナプス後電位(EPSP)波形の立ち上がりの加齢性変化とCa2+イメージングの結果を対応させ、本年度の発現解析で得られたNMDA受容体およびTRPV1の薬理学的遮断または作動により、上記の電気生理学的測定と画像解析法の結果の対応関係に分子的説明を与えることを目標とする。またCa2+流入関連分子の探索だけでなくCa2+排出系関連分子の検討も行うことによってEPSP波形の収束時の変化を上記と同様の手段によって分子的に説明を与えることを予定している。これらの解析によって加齢時の神経細胞内細胞内Ca2+ホメオスタシスの変化を理解した後に細胞内Ca2+ホメオスタシス関連分子の機能低下モデルや遺伝子欠損モデル動物を用いて個体レベルにおける検討を行う。さらに実際の記憶定着時に観察されるθ波と細胞内Ca2+ホメオスタシスの関係を、無拘束下で長期的に脳波測定を行うテレメトリーシステムを用いることによって調べる計画である。これらの検討が進めば加齢性脳機能低下の機序解明のための基礎研究でなく、臨床治療への応用や創薬において非常に重要な情報を提供することになると考えられる。
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