2019 Fiscal Year Research-status Report
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18K06499
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
岩崎 広英 群馬大学, 大学院医学系研究科, 教授 (30342752)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | シナプス / スパイン / 二光子顕微鏡 / 電子顕微鏡 / テニューリン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シナプスの安定性や可塑性は神経回路の形成を分子レベルで理解する上で重要な課題である。本研究課題では、大脳皮質興奮性神経細胞のシナプスに着目し、安定的に維持されるスパインと新たに産生されたスパインの構造的な違いを見出すことにより、シナプス安定化機構の分子メカニズムに迫ることを目的としている。具体的には二光子顕微鏡を用いたin vivoイメージングにより、3-8週齢のマウス大脳皮質体性感覚野の錐体細胞における樹状突起スパインの形態変化を長期的に追跡し、安定スパインと新生スパインを同定する。次に、同じ樹状突起を電子顕微鏡により三次元再構築し、安定スパインと新生スパインの微細構造について解析する。
昨年度までに、in vivoイメージングを行った箇所を電子顕微鏡で効率的に同定し、三次元再構築する手法を確立した。具体的にはin vivoイメージングを行ったマウスを灌流固定し、脳をスライス後、レーザーによる焼灼痕を付け、電子顕微鏡用試料作製処理を行った後、樹脂に包埋する。試料ブロックをFIB-SEM電子顕微鏡で切削しては画像取得を繰り返し、焼灼痕を目印として三次元再構築像を得る。これら一連の過程を効率的に実施する手法を確立した。そこでこの手法を用いて安定スパインと新生スパインを同定し、その形態学的解析を行った。
これと並行し、シナプス安定化機構の分子レベルでの解明を目指し、新生スパインを形成する際に機能する分子の探索を行った。その結果、膜タンパク質であるテニューリンに着目し、神経細胞における発現解析や機能解析を実施した。
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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
昨年度までに大脳皮質神経細胞の樹状突起を経時的に観察する手法と樹状突起スパインの微細構造を効率的に三次元再構築する手法を確立することができたため、本年度は、この手法に基づいてこれまでに取得したデータの解析を行い、安定スパインと新生スパインの形態的特徴について解析した。その結果、安定スパインと新生スパインでは、スパインネックの長さは変わらないのに対し、安定スパインの方が新生スパインに比べ大きなスパインヘッドを有することが確認された。さらにこれらのスパインとシナプス結合する軸索を同定し、軸索の形態や、同じ軸索に結合するスパイン同士の形態についても解析を行った。しかしこの手法では一度に計測できるスパインの数が少数であることから、統計的な有意差を検定するには更なるデータの取得が必要である。しかし、昨年度の実施状況報告書に報告した通り、2018年12月より研究代表者が現所属に異動したことに伴い、上記実験のデータ取得が継続困難となりつつある。とくに2020年に入ってからは新型コロナウイルス流行に伴い、他研究施設に出張しての電子顕微鏡の利用が困難となった。
そこで、上記実験と並行して、新生シナプスの安定化に関わる分子の探索を進めている。特に本年度は膜貫通タンパク質であるテニューリンに着目し、神経細胞における発現パターンや機能解析を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
安定スパインと新生スパインの形態学的特徴について、これまでに取得したデータやこれまでに作成した試料を用いて継続的に解析を進めると共に、テニューリンの神経細胞における機能解析に重点を置き、研究を実施する。具体的にはテニューリンの発現様式の詳細な解析、細胞内局在に関する解析に加え、結合分子の探索やノックアウトマウスの作成、神経細胞初代培養を用いた形態解析、電気生理学的解析などを計画している。
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| Causes of Carryover |
研究代表者の異動に伴う研究計画の一部変更に伴い使用額が一部変更された。また、他研究機関においてデータ取得予定であった実験が、新型コロナウイルスの流行に伴い出張等が困難となったことから、当初予定していた出張費や機器利用費等に余剰が生じた。
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