2019 Fiscal Year Research-status Report
可塑的に再編された運動野興奮性・抑制性ネットワークの描出
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18K14844
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
孫 在隣 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 特別研究員 (40780333)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 運動学習 / シナプス可塑性 / 興奮性シナプス / 抑制性シナプス / ATUM-SEM法 / 光学・電子顕微鏡相関観察法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大脳皮質錐体細胞は樹状突起上に棘突起（スパイン）を持ち、スパインには一つもしくは複数のシナプスが存在する。このスパインは動物の学習中に頻繁に出現・消失することから、スパイン可塑性は学習による神経回路変化を表す指標の一つとされている。しかしながら、シナプス後構造であるスパインの動態観察のみでは、どのような神経回路が新生・消退しているのかを知ることはできない。そのためにはスパイン動態の観察に加え、シナプス前軸索終末の特性を調べる必要がある。電子顕微鏡はシナプスなどの微細構造に対する高解像度の観察と、全ての細胞膜構造の可視化が可能である。新生スパインにシナプスを形成する軸索の網羅的解析のため、我々は2光子顕微鏡で観察された樹状突起・スパインを電子顕微鏡で観察する光学・電子顕微鏡相関観察法を確立した。さらに重金属染色を走査型電子顕微鏡観察に最適化し、ATUMにより作成された連続超薄切切片を観察した。その結果、運動学習により新生したスパインは安定スパインと比較して有意に小さく、そこにシナプス入力する軸索終末様構造（bouton）も同様であった。このことから、運動学習により出現した新生シナプスは未熟であり、その後成熟し残存するものと、縮小し消退するものが存在することが示唆された。我々はさらに生体2光子顕微鏡観察によるスパイン動態の観察に免疫組織化学を組み合わせることで、入力源によるスパイン可塑性の違いを探った。それにより、興奮性シナプス入力の入力源により、成熟・膨化するスパインと、縮小・消退するスパインとが異なる興奮性入力を受けることが判明した。この成熟・消退するスパインに対する抑制性シナプスの効果を今後検証していく予定である。
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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
光学・電子顕微鏡相関観察法の確立に成功し、現在解析を進めている。サンプル作成から電子顕微鏡観察に至る過程は問題なく進むようになったが、電子顕微鏡による高解像度観察に膨大な時間がかかっている。しかしその後の画像の自動アライメント等は順調に進んでおり、特段の問題はない。
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| Strategy for Future Research Activity |
興奮性・抑制性シナプスの違いのみならず、学習期による微細構造の変化を捉えるため、さらにサンプルを増やしていく予定である。また、共焦点顕微鏡による解析も進め、2光子-共焦点-電子顕微鏡相関観察により、微細構造と神経化学的特性を調べていく。
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| Causes of Carryover |
本年度は光学顕微鏡観察をさらに行う予定だったが、電子顕微鏡観察を先に進める方針となり、撮影に時間がかかることから免疫組織化学の試薬類の使用量が予想を下回った。これは来年度の経費で購入する予定である。また、2月・3月に予定していた共同研究先（ドイツ）への渡航や、学会への参加が昨今のCOVID-19の影響で取りやめになり、今年度の予算で予定していた旅費を来年度に持ち越しすることとした。
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