2022 Fiscal Year Annual Research Report
新生仔生体イメージングによる大脳皮質回路形成における自発的同期活動の役割の解明
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20K06876
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
水野 秀信 熊本大学, 国際先端医学研究機構, 特任准教授 (00567159)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
玉川 直 (中川直) 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 助教 (20611065)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 2光子イメージング / カルシウムイメージング / 大脳皮質 / 樹状突起ダイナミクス / 同期活動 / NMDA型グルタミン酸受容体 / RasGAP / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
発達期の大脳皮質では感覚入力に依存しない自発的神経活動が見られる。しかし、これまでの知見は主に固定組織または培養組織の実験で得られてきたため、生体内で自発的神経活動が回路形成にどのように関わるかは不明な点が多い。
これまでの研究で、2光子顕微鏡生体イメージングを用い、新生仔の体性感覚野第4層の神経細胞群に自発的な同期神経活動が存在することを発見していた。本研究の目的は、①自発的同期神経活動に関わる分子メカニズムを明らかにすること、②自発的同期神経活動と第4層神経回路形成の関連を明らかにすることであった。本研究の成果を以下にまとめる。
①については、NMDA型グルタミン酸受容体の必須サブユニットNR1をノックアウトした第4層神経細胞において、自発的同期神経活動の同期レベルが低下していることを見出した。この結果は、自発的同期神経活動の強化にNMDA型グルタミン酸受容体が関わる事を示している（Mizuno et al., J Neurosci 2021、単独責任著者論文; Rao et al., Neurosci Res 2021）。さらに、第4層神経細胞の樹状突起発達にRasGAPが関わる事を見出した。RasGAP阻害細胞の樹状突起形態はNMDA受容体ノックアウト細胞と同様であったためRasGAPもまた自発的活動の同期レベル調節に関わる可能性があると考えられた（Rao et al., Front Neruosci 2022; Curia et al., Front Neurosci 2022）。
②については、第4層神経細胞の自発的神経活動と細胞形態を同時に生体タイムラプス観察する条件を洗練することに成功した。さらにタイムラプスデータを取得し、両者の相関を解析を進める事ができた。また、第4層神経細胞の自発的神経活動と細胞形態発達の因果関係を調べるための生体光遺伝学実験の条件検討を進める事ができた。
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