2020 Fiscal Year Research-status Report
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
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17K01971
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
藤井 聡 山形大学, 医学部, 教授 (80173384)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
後藤 純一 山形大学, 医学部, 助教 (70435650)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 長期増強 / 海馬CA1シナプス / アデノシン受容体 / IP3受容体 / 抑制性応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、低周波シナプス入力の周波数や重畳する高周波バーストの発数を変化させ、海馬CA1シナプスにシナプス可塑性を誘導し、それに対する内因性adenosineの作用様態を検討している。本研究で現在までに以下の実験事実を明らかにした。
1. 海馬CA1ニューロンに低周波律動（1～５Hz，80～1000発）誘導されたシナプスの可塑性の方向は低周波入力の周波数と発数に依存した。すなわち、１Hzで80～120発ないし2～5HzではLTPが誘導され、１Hzで200～1000発でLTDが誘導された。
２．低周波律動に高周波バースト（100Hz、2～4発）を重畳して入力すると、その初数に応じてLTP・LTDの振幅が増大した。
３．A1受容体活性化は抑制性応答を増強し、かつ、低周波入力で誘導するシナプス可塑性の誘導を抑制した。また、高周波バースト入力で誘導するLTPを増強した。IP3受容体活性化は抑制性応答を増強し、高周波バーストによるLTP誘導を抑制した。
以上より、海馬CA1ニューロンに低周波律動ないし高周波バーストを入力すると興奮性ニューロン周囲にadenosineとglutamateが放出・蓄積され、シナプス後ニューロンでadenosine A1受容体および代謝型glutamate受容体・IP3受容体を介してLTP/LTD誘導に関与することを明らかにした。A1受容体活性化およびIP3受容体活性化は後シナプスニューロンで抑制性応答を強化して脱分極を防ぎ、NMDA受容体の活性化を減弱することでLTP/LTD誘導を阻害するものであると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
昨年３月からの新型コロナウイルス感染症の流行により、教育・研究活動が大きく制限され一部の実験が出来なかったことにより研究計画に遅延が生じた。また、国内外での移動が制限されて研究発表が当初計画どおりに実行できなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
海馬脳波を計測すると、低周波律動に高周波バースト波が混在した錐体ニューロン活動と、それに伴う高周波の抑制性介在ニューロン活動が見られる。深い睡眠時には2-4発のバーストが0.5-1Hzの低頻度入力に重畳し、レム睡眠時や覚醒時には海馬θ波とよばれる2-4発のバーストが５Hzの低頻度入力に重畳する。過年度の研究において、海馬スライス標本でCA1シナプスに海馬脳波パターンでシナプス入力してLTP/LTDを誘導し、そのメカニズムにadenosine A1受容体およびIP3受容体の活性化が関与することを明らかにした
令和２年度よりの研究において、低周波律動と高周波数バーストが混在したシナプス入力で誘導されるCA1シナプス可塑性へのadenosine A1ないしIP3受容体関与メカニズムの解析を深化させている。その概要を以下に述べる。
1Hzの低周波律動で60秒間シナプス入力するとCA1ニューロンにLTPが誘導され、これに高周波バースト波を重畳させると、その発数に応じてLTPが誘導される。同じパターンで240秒間シナプス入力するとCA1ニューロンにLTDが誘導される。また、5Hzの低周波律動に高周波バーストを重畳させ（海馬θ波）シナプス入力すると60秒間でLTPが誘導され、240秒間でLTPが減弱する。このようにシナプス入力パラメーター実際の海馬脳波に近づけて、誘導したLTPおよびLTDに対してadenosine A1ないしIP3受容体の活性化がどのように作用しているかを検討している。本年度おいて、この仮説を研究計画書に記載した実験手法での検討を終了し、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。
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| Causes of Carryover |
昨年３月からの新型コロナウイルス感染症の流行により、教育・研究活動が大きく制限され一部の実験が出来なかったことにより研究計画に遅延が生じた。また、移動が制限されて研究発表が当初計画どおりに実行できなかった。本年度においては遅延している実験を完了し、その研究成果を発表し、かつ、論文にまとめて出版するために経費を使用する予定である。
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