2020 Fiscal Year Research-status Report
超解像イメージングによるスパインシナプスの動態解析
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20K15892
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柏木 有太郎 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (90840893)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 神経科学 / 細胞生物学 / シナプス / イメージング / 超解像技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
記憶や学習といった脳機能には、シナプスが新たに作られ、外部からの刺激によって可塑的に変化し、また数年以上もの長期にわたって維持されることが必要である。シナプスが変化する過程で、スパインの頭部体積の増減やシナプス小胞の増減に関連して軸索末端の形態変化が起こる。またスパイン頭部や軸索末端から微細な突起が伸びだす様子も知られており、両者が接触を介して複雑な情報交換をしていることが示唆される。シナプスとその近傍で起こる複雑な細胞間相互作用を明らかにし、その機能的な意義を生体で検証することは、記憶や学習といった脳機能を理解する上で重要な問題である。
本研究では、シナプスの可塑性と安定性に関わる分子メカニズムの解明を目指し、興奮性シナプスを構成する樹状突起スパインと軸索末端を従来の光学顕微鏡の限界を超えた分解能で同時にタイムラプス観察する基盤技術の確立を目的とする。さらに、より生体内に近い状態でのシナプスの形態と動態を高い分解能で観察することを目指す。これらにより、記憶・学習の細胞生物学的な構造基盤の理解を進める。
令和2年度は、軸索末端とスパインを同時かつ疎に標識することで、ナノスケールでのスパインと軸索末端の形態変化の同時観察を行い、スパインの凹み面に対応する軸索の凸面の表面形状を測定することに成功した。まだ同時かつ疎に標識する遺伝子導入手法は最適とは言えないため、次年度以降も引き続き最適化を進め、シナプス接着面の凹面化に伴って軸索側の構造変化がどのように起こるのかを詳細に記述する。また化学固定された組織切片に組織透明化手法を適応して、スパイン形態をナノスケールで三次元形態解析することに成功した。次年度は生きた動物においてシナプス可塑性が起きたシナプスのナノスケールでの形態情報を取得するための技術基盤の構築を進める。
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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
当初の計画通り軸索末端とスパインを同時かつ疎に標識することでナノスケールでのスパインと軸索末端の形態変化の同時観察を行うことに成功した。さらに化学固定された組織切片におけるスパインの形態を高い空間分解能で三次元形態解析することに成功した。これらから研究は概ね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
まだ軸索と樹状突起を同時かつ疎に標識する遺伝子導入手法は最適とは言えないことから、次年度以降も引き続き最適化を進める。また生きた動物においてシナプス可塑性が起きたシナプスのナノスケールでの形態情報を取得するための技術基盤の構築を進める。これと本年度に達成した組織切片におけるスパインの形態を高い空間分解能で三次元形態解析する手法との組み合わせることで、より生体内に近い状態でのシナプスの形態と動態を高い分解能で観察することを目指す。
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| Causes of Carryover |
当初旅費を計上していたがコロナ禍で学会がオンライン開催になったためその分の支払いがなくなった。次年度に実験に関わる消耗品費として使用する計画である。
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