樹状突起スパインの形態変異を伴う統合失調症モデルマウスの電気生理学的解析

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K07068
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 鈴木 紀光 群馬大学, 生体調節研究所, 特任講師 (10322207)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: スパイン / 統合失調症 / 電気生理 / 2光子顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

脳内の神経細胞はシナプスを介して連絡しており、大脳皮質のグルタミン酸作動性シナプスの多くは樹状突起上のスパインという小突起構造に形成される。可塑的変化を伴うことが知られているこのスパインは脳機能の記憶素子と考えられ、統合失調症をはじめとする多くの精神疾患やそのモデル動物でスパイン形態、密度異常が多数報告され、これら疾患の病因、病態生理と想定されている。一方で、シナプス異常がどのようなメカニズムで神経回路障害や、その結果としての個体レベルの行動異常を誘発するのかは全く解明されていない。本研究では統合失調症に焦点をあて、この疾患のモデルマウスが示す樹状突起シナプス形態異常が神経細胞活動へどのように寄与しているのかを電気生理学的に直接的な評価することにより統合失調症の病態生理に迫ることを目的とする。
子宮内電気穿孔法またはウイルスインンジェクションにより統合失調症脆弱性因子を操作した統合失調症モデルマウスを作製し、前頭前野の樹状突起スパインの形態異常を確認した。このモデルマウスから急性脳スライス摘出標本を作製し、第2/3層錐体細胞からパッチクランプ記録を行い、興奮性シナプス電流を観察、さらに2光子顕微鏡、ケイジド試薬を利用して単一スパイン上のグルタミン酸受容体の動態を観察した。また生体標本でも第2/3層錐体細胞から2光子顕微鏡を利用したパッチクランプ記録、Cell-attached記録を行い、生理条件に近い錐体細胞の発火パターンを観察した。現在、スパインCaイメージングとパッチクランプを組み合わせ、異常スパインの脳内の情報処理（コンピュテーション）への影響について調べている。すでに実験的に異常スパインへのシナプス入力が脳内情報処理に影響を及ぼすことを示唆するデータが得られており、現在さらなる解析を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通り、統合失調症モデルマウスの作製およびその急性脳スライス摘出標本を利用した実験を行い、また生体標本を利用した実験も進めることができている。現在はスパインCaイメージングとパッチクランプを組み合わせ、異常スパインが脳内情報処理に与える影響について調べている。実験的にも異常スパインへのシナプス入力が神経発火に影響を及ぼすことを示唆するデータが得られており、定性的、定量的に十分なデータを得るために現在精力的に実験を進めている。以上のことから、本研究課題は2年目も総合的に順調であると判断し、概ね円滑に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

本研究の統合失調症モデルマウスが行動異常を引き起こすことがすでに明らかとなっており、今後は樹状突起スパイン異常が引き起こす生理学的な病態がどのように統合失調症の症状へと導く引き金となるかを明らかにしていく。急性脳スライス摘出標本、生体標本、スパインCaイメージング、パッチクランプなどのあらゆる手法を組み合わせて利用し、病態の階層的理解を進めていく。次年度は学会発表を行い、特に研究計画最終年度内の論文発表を視野に入れ、予定されている研究計画を中心に本研究課題をさらに精力的に進めていく。