Functional imaging of dendritic spine activity that determines the response specificity of deep brain pyramidal neurons

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21561
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 51:Brain sciences and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Sato Masaaki 北海道大学, 医学研究院, 講師 (90518325)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: 二光子レーザー顕微鏡 / カルシウムイメージング / 樹状突起スパイン

Outline of Final Research Achievements

Hippocampal pyramidal cells play an essential role in memory formation and have the property of "place cells" that exhibit location-specific activity. However, it is unclear by what synaptic activity the location specificity of their responses emerges. To establish a method for calcium imaging of the dendritic spine activity of hippocampal pyramidal cells, a spine-specific fluorescent calcium sensor protein was expressed in the pyramidal cells in the dorsal hippocampal CA1 area using adeno-associated viral vectors and transgenic mice, and its usefulness in in vivo imaging was investigated.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題では、特定のアデノ随伴ウイルスベクターを用いた遺伝子導入により、in vivoイメージングに必要な低密度での細胞標識が可能であることを示す結果が得られた。この成果をふまえ、今後はスパイン特異的蛍光カルシウムセンサータンパク質の発現によって樹状突起スパインの形態や密度が変化しないことを確認し、もしこれらに影響しなければ、マウスがバーチャル環境で空間学習するときの樹状突起スパイン活動の慢性イメージングへと進む計画である。このように、本研究課題の成果は、海馬の錐体細胞が行う情報処理の原理を理解する上で重要なステップとなるものである。