バーストと低周波入力で誘導する海馬CA1シナプス可塑性への内因性アデノシンの関与

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K01971
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 藤井 聡 山形大学, 医学部, 教授 (80173384)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 純一 山形大学, 医学部, 助教 (70435650)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 長期増強 / 長期抑圧 / 海馬θ波 / バースト波 / アデノシン受容体 / IP3受容体 / 抑制性応答 / 海馬CA1シナプス

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、低周波シナプス入力の周波数や重畳するバーストの発数を変化させながら、CA1シナプスに誘導されるシナプス可塑性への内因性adenosineの作用機序を検討する目的で行われている。（１）海馬CA1領域の興奮性シナプスに2～４発のバーストを0.5-10Hzの低周波律動に重畳させて15秒から4分間入力すると、興奮性ニューロン周囲の抑制性ニューロンシナプス間隙でもadenosineやglutamate濃度が上昇してA1受容体ないしA2受容体、およびIP3受容体が活性化させるのか？　（２）低周波入力にバーストを重畳させると興奮性および抑制性シナプスニューロンでadenosine A1/A２受容体のどちらが優位に活性化するか？それがCA1シナプス可塑性誘導にどのような影響を与えるか？を検討するものである。平29年度は以下①～③が明らかになった。
①　海馬CA1ニューロンに2～4発のバーストを0.5,1,2,5,10Hzでシナプス入力したところ、１Hzおよび5Hzでは2分間までの入力でLTPが誘導され、それ以上はLTP誘導が消去された。また、誘導されたLTPの振幅はバーストの数に依存して増大した。誘導されたLTPの振幅は基本律動が１Hzで、バーストを重ねて与えると、バースト数に依存して増大した。
② 上記単発の低周波律動により誘導されるLTPはadenosine A1受容体およびIP3受容体が関与し、adenosine A2受容体の関与は認められなかった。
③　海馬CA1シナプス後ニューロンの抑制性応答はadenosine A1受容体およびIP3受容体が活性化すると強まった。
以上、バーストと低周波律動が重畳するシナプス入力により誘導される海馬CA1シナプスの可塑性に、adenosine A1受容体およびIP3受容体活性化が関与する可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成29年度は２発刺激(PPF)で導出した集合EPSPの変化を検討し、内因性adenosineがA1受容体ないしIP3受容体を介してCA1シナプス後ニューロンに対する抑制を増強する、という結果を得た。さらに、0.5-5Hzの低頻度単発刺激をCA1シナプスに入力して誘導したシナプス可塑性のメカニズムに内因性adenosineおよびIP3受容体が関与することを明らかにした。
一方で、0.5-10Hzの低周波数単発入力により誘導したシナプス可塑性誘導にadenosine A2受容体の関与は見られず、さらに、adenosine A2受容体のCA1シナプス後ニューロンに対する抑制効果には未だ不明である。これらは平成30年以降の研究課題として残されている。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度および31年度の研究においては、低周波律動とバーストが混在したシナプス入力で誘導されるCA1シナプス可塑性の解析を進める予定である。
1および5Hzの単発低周波シナプス入力が短時間(2分程度)与えられる場合は、抑制性ニューロン回路のシナプスの間隙のadenosine濃度が上昇し、抑制性シナプスでadenosine A1受容体が活性化してシナプス伝達が減弱する。その結果、低周波シナプス入力時にCA1興奮性シナプス後細胞への抑制が減弱して興奮性シナプス後細胞でLTP誘導が促進される。そして、低周波でバーストを重畳させたシナプス入力はLTP誘導を促進すると予想される。
一方で、低周波でバーストを重畳させて3分以上シナプス入力する場合は、IP3受容体の活性化を介してシナプス後細胞でのGABA感受性が強まりシナプス後細胞の興奮性が抑制される、ないしは、シナプス後細胞の脱リン酸化が増強し、LTP誘導が減弱・LTD誘導が促進が促進される、と予想している。
今後の研究では、これらの仮説を研究計画書に記載した実験手法で検討し、低周波とバーストが混在した入力刺激で誘導する海馬CA1シナプス可塑性のメカニズムを明らかにする予定である。

Causes of Carryover

物品費として当初はデータ解析用機材（￥1,150千円）の購入を申請していたが、電気刺激装置購入（SEN-8203 （日本光電）￥819千円切り替えた）ため。また、英文雑誌投稿の際の英文校正の謝金を計上していたが、使用しなかったため。さらに、旅費支出が少なかった点が理由としてあげられる。