2022 Fiscal Year Annual Research Report
From the structure-function relationship of dendrtic spines to synaptic mechanobiology
| Project/Area Number |
20H05685
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
河西 春郎 東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任教授 (60224375)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳下 祥 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (50721940)
UCAR HASAN 東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任助教 (50748423)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
|
| Keywords | シナプス / 記憶 / アクチン繊維 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
A)圧効果については次のような大きな進展が得られた。まず、即時相については、既にドックしている小胞のCa親和性が増し、開口放出促進が起きていた。既に、得られている結果と組み合わせると、圧効果により開口放出の誘発するSNARE蛋白の会合数が増すことが考えられた。これは放出の調節機構としては全く新しいために、これを直接検証する実験系を構築した。次に、２０－３０分続く持続相については、アクチン依存的な機械的効果の阻害剤を試したところ、持続相だけが完全に消失した。更に、２光子標識で小胞を局所的にラベルしたところ、圧負荷で小胞が返って分散し、２０－３０分でまた元に戻っり、これに対しても阻害剤は有効だった。そこで、頻回刺激による放出を見ると、圧効果により小胞の動員が促進されていることがわかってきた。持続相では、内部の小胞の分散が増すことにより、放出部位への動員が促進されることが予想された。最後に、圧効果の生理的意義については、シナプス前部、後部とも光遺伝学で刺激してSTDPによるスパイン増大を起こし、その時のシナプス前部の放出をiGluSnFRで測定したところ、スパイン増大時に亢進しており、かつては短期増強(STP)と言われるものの基盤にとなっていることがわかってきた。
B) スパイン増大を特異的に標識するための改造により、これまでより百倍位SNよく標識ができる方法も到達した。単離培養の特徴付けをタイムラップス観察で進めている。一方、個体での利用に進めていく。一方、光操作法に変わり、化学物質による２量体を用いた化学的増大、収縮プローブがそれぞれ出来上がってきた。この増大プローブについては大脳皮質全体で発現させたところ、１５分ほどで睡眠が誘発されるという意外な結果が得られ、睡眠研のグループと共同研究となった。この様に改良を進めたプローブを順次個体で機能アッセイする作業を進めていく。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
A) スライスによる圧効果の検証を単離培養でも再現することに成功し、普遍的な現象であることが確定した。スライス標本と単離培養を用いて、この現象の本態に関わる新規現象を多数見出している。例えば、この圧効果がSTPの基盤であることがわかってきた。しかし、STPはシナプス後部で誘発されるのに、シナプス前部で効果が発現することの説明ができないので、それは作業記憶の基盤であることが指摘されていても、その研究は一旦停止していた。我々の圧効果の研究は、この鍵を開ける研究となった。
B) スパイン増大標識プローブは、当初のものは培養細胞では機能アッセイができない程度のSNしかなかったが、現在の全改訂版は、単離培養での定量化で間違いなく増大を染めている。
光操作法では、行動を変えるときに領域が狭い問題を克服するために化学的手法に移り、それを用いて、睡眠という行動変化を起こすことに成功した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
A) 単離培養での、圧による効果の速い相は単一小胞あたりのSNARE複合体数の増大、持続相は小胞の分散、圧効果の生理機能はSTPを含むと、事態の解明が著しく進んでおり、これらのことを適正な雑誌に報告できるように研究を積み重ねていく。
B) スパイン増大標識プローブの改善は予想した以上であった。まだ、培養での特徴づけに残りがあるが、個体での解析を行い、この新しい手法の報告を目指したい。
化学プローブで増大プローブの全脳発現が予想外の明快に効果を持ったので、収縮プローブの全脳発現の早期達成を目指し、新しい手法の方向性を早く決めたい。
|
-
-
-
-
-
[Presentation] Mechanical actions of dendritic-spine enlargement and the discovery of the PREST mechanism in the presynaptic terminals in the CNS.2022
Author(s)
Ucar, H., Watanabe, S., Noguchi, J., Yagishita, S., Takahashi, N., Kasai, H.
Organizer
JNS
Int'l Joint Research / Invited
-
-
-
-
