細胞外イオン濃度変化を介したニューロン－グリア相互作用の解析

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K17615
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 後藤 純一 山形大学, 医学部, 助教 (70435650)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ニューロングリア相互作用 / ニューロン / グリア / シナプス可塑性

Outline of Annual Research Achievements

細胞外イオン濃度の違いがニューロン機能、及びニューロン―グリア間の相互作用に及ぼす影響を検討する為、まずシナプス可塑性の誘導閾値と大きさに対する細胞外イオン濃度の影響を評価する実験を行った。特に細胞外カリウムイオン濃度は膜電位の形成に関わる主要なイオンであり、細胞外液を一過性に高カリウム溶液に交換することでニューロンの興奮性は増大する。LTP(長期増強）の誘導刺激を行う直前～直後にかけて高カリウム溶液を灌流することでLTPの誘導閾値と大きさが変化する条件を確認した。高カリウム条件下でLTPが起こりやすくなることは容易に想定できる結果であるが、灌流速度や脳スライスの厚みによってシナプス応答が変化するまでの時間は異なり、LTPへの影響も含めて定量的に評価した。
また、細胞外イオン濃度を計測する為のイオン選択性電極の作製を行った。こちらは当初計画では脳スライス中の細胞外カリウムイオン濃度の計測まで行う予定であったが、後述する換気装置の問題などによりやや遅れている。その為、当該年度ではイオン選択性電極を必要としない実験について先に実施してきた。これにより、脳スライス中の細胞外イオン濃度を実測する際に用いる条件を検討した。細胞外カリウムイオン濃度は3.5～5mMを基準値として用い、8～15mM程度の高濃度細胞外カリウム溶液を1～数分程度灌流する条件を中心に検討した。当該年度の研究においてはどの程度のカリウムイオン濃度の変化がシナプス応答やLTPの誘導閾値・大きさに影響を及ぼすかについて予備的な結果を得た。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初計画よりもイオン選択性電極による細胞外イオン濃度の計測が遅れている。イオン選択性電極の作製には換気装置付きのフード（ドラフト）内での作業が必要になるが、当初使用を予定していた換気装置が十分な性能を発揮できないことや一部の実験器具が納入に時間がかかったこと、また特に当該年度下半期に交換留学生の受け入れにより研究スケジュール全体に遅れが生じた。平成30年度以降はこれらの状況は解決しており、計画通りに研究を遂行できる見込みである。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度は遅れているイオン選択性電極の作製と性能評価、及び脳スライス中でのイオン濃度の計測を中心に研究を実施する。細胞外液のカリウムイオン濃度を人為的に変化させる実験で得られたシナプス応答の変化やLTP誘導への影響に関して、実際に細胞外カリウムイオン濃度がどのようなタイムコースで変化しているかを実測する。また、シナプス刺激や薬剤投与によって細胞外イオン濃度が変化するような条件を探索し、チャネルやトランスポーターの阻害薬がどのような影響を及ぼすかも検討する。
また、カリウムイオン以外にもカルシウムイオンやクロライドイオンなどの濃度を変えることでシナプス応答やシナプス可塑性にどのような影響があるか、また複数のイオン濃度を同時に変化させた場合にその影響がどのように観測されるかを調べる。

Causes of Carryover

試薬の使用を伴う実験が当初計画より遅れたため次年度以降に購入する計画である。長期間の保存による劣化を出来るだけ避けるための措置である。