Homeostatic scaling function in the generation and reorganization of segregated distribution in synaptic organization

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K06925
• Research Institution: Sapporo Medical University
• Principal Investigator: 市川 量一 札幌医科大学, 医学部, 准教授 (10223091)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: プルキンエ細胞 / 登上線維 / 平行線維 / スパイン / シナプス / 樹状突起 / 分節化 / 代謝性グルタミン酸受容体

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、昨年度に行った登上線維を消失させたプルキンエ細胞の樹状突起のシナプス構築の解析をより深めた。
登上線維を破壊した後にグルタミン酸トランスポーター1型で平行線維の端末を標識し、細胞体－樹状突起の境界部から最長の樹状突起先端部まで連続した超微形態を観察することで、シナプス構築を解析した。具体的には、成体では、破壊後1.5日、7日、30日、一方、発生期では、生後7日に登上線維を消失させ、その後、生後9日、12日、15日、20日、40日で観察した。
成体での破壊では、平行線維シナプスが20-25%増加し、登上線維シナプスと一致する領域、密度で、シナプスを形成しないスパインが出現した。一方、発生期に登上線維を破壊した場合では、生後15日から20日の間でみられた余剰平行線維シナプスの除去作用はおこるが、平行線維シナプスが対照成体の樹状突起に対し120-125%の個数にて終了した、このことは、homeostatic plasticityが発生途中のシナプスの刈り込み作用を制御する、すなわちhomeostatic plasticityは代謝性グルタミン酸受容体1型以降の細胞内伝達系と深い関係があることを示唆していた。また、スパイン密度の低い近位樹状突起ではシナプスを形成しないスパインが対照樹状突起上の登上線維シナプスと同一の密度で出現するが、スパイン密度の高い遠位樹状突起（対照のそれでは近位1/2上に登上線維シナプスが形成されるが）には平行線維シナプスで全て埋め尽くされていた。これらのことは、遠位樹状突起に登上線維シナプスを形成するためには、登上線維の活動と代謝性グルタミン酸受容体1型以降の細胞内情報伝達系が必要不可欠であるのに対し、近位樹状突起では先天的に登上線維シナプス形成のためのスパインが形成されることを示している。分節したシナプス形成様式の存在を示唆していた。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

コロナウィルス対策のため、エフォートが学務の方に傾いたため、実験の遂行、結果の考察、論文作成に著しい遅れを生じている。

Strategy for Future Research Activity

実験結果の解析に集中して取り組むとともに、公刊に向けて最大限努力する。
具体的には、成体で下オリーブ核を破壊した場合のプルキンエ細胞樹状突起上のシナプス構築の変化について実験結果をまとめて、公刊する。一方、MAMを投与して平行線維シナプスに形成不全を来したプルキンエ細胞の樹状突起上のシナプス構築の解析を平行して進める。

Causes of Carryover

コロナウィルス対策など、大学の学務関係にエフォートが裂かれ、研究計画の遂行に遅れが生じたため、次年度使用額が生じてしまった。
昨年、昨々年度に遂行予定であった実験、研究結果の公刊などに、残金および今年度受け取り予定の助成金を使用する予定である。