2020 Fiscal Year Annual Research Report

樹状突起演算および神経発火におけるスパインサイズの非線形効果の定量的解明

Research Project

Project/Area Number	20H03347
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
Principal Investigator	高木朗子 (林朗子) 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (60415271)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	精神疾患 / シナプス / 樹状突起スパイン / NEURONシミュレーション
Outline of Annual Research Achievements	DISC1 KDマウスおよび対照マウスの前頭野II層錐体細胞およびV層錐体細胞を比較したところ、DISC1 KDマウスでは、巨大スパイン（対照マウスのスパイン体積分布において上位3SD以上）の頻度が約10倍（KD3.4％、対照0.26％）であることが明らかになった。巨大スパインへの入力を調べるために、グルタミン酸アンケージング法により、巨大スパインを含む単一スパインを特異的に刺激し、樹状突起および細胞体で生じる現象を詳細な時系列データとして計測した。標準的なスパインだけを同時刺激すると最低でも8個のスパイン入力が必要だったが、巨大スパインへの入力では、1～3つの入力で十分に活動電位を惹起することができ、この際に、本来ならば必要なCa2+スパイクは不要であることも明らかになった。すなわち、巨大スパインへの入力は新規の超線形性の神経発火を誘発することが明らかになった。NEURONシミュレーションを併用することにより、超線形の効果は巨大スパイン内のXXXX（非公開）spikeであることがシミュレーションされたため、薬理的な実験を併用することにより、このシミュレーション結果が正しいことを示した。このように、巨大スパインへのシナプス入力→樹状突起スパイク→神経発火との関連・因果関係を厳密な定量的時系列データより導きだし、スパインサイズがこれほど大きな超線形効果を誘発することを世界で初めて示した研究であり、現在、論文改定作業中である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason FY2021の内容まで進捗したため。
Strategy for Future Research Activity	これまでの実験はすべてIn vitro acute sliceを用いたが、このような超線形効果が見られるか否かを、in vivo 2-photon, in vivo glutamate uncagingを用いて検証する。