大脳棘シナプスと開口放出の2光子顕微鏡による研究

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21000009
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 河西 春郎 東京大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (60224375)
• Keywords: 生物・生体工学 / シグナル伝達 / 生理学 / 糖尿病 / 脳・神経

Research Abstract

研究項目(1)2光子グルタミン酸刺激法は、これまでシナプスレベルのグルタミン酸受容体の刺激にのみ用いられて来た。今回、我々は対物レンズへの入射光を細くすることで細胞体を刺激して活動電位を出すことに成功した。これを用いて、樹状突起3パインに入力するシナプス前細胞を2光子グルタミン酸アンケージング法(720nm)で刺激して、樹状突起スパインへの入力細胞の分布をCaイメージング(830nm)で測定した。この結果、大脳新皮質では錐体細胞が疎な結合をしており、隣接したスパインでも近接した細胞からの入力が入るとは限らないが、特に大きなスパインについては同側からの入力が多吟ことなど不均一性があることが明らかになった。また、ケイジドG蛋白PA-Rac1を用いることにより、光刺激で頭部増大を起こすことが可能となった。研究項目3)の個体動物における光による可塑性誘発については、麻酔下の動物においてNMDA受容体依存性の増大を低頻度であるが誘発可能となるなど方法論の改良が進んだ。研究項甲(6)開口放出機構の可視化については、SNAP25を用いた分子内FRETプローブを開発し、β細胞に応用してSNARE蛋白質の複合化の様子の解析を行った。このプローブSLIMはin vitroでsyntaxinとの複合化を検出することができた。β細胞ではSNARE複合化が起きている領域と、ほとんどない領域が分かれた。SNARE複合化め起きていない領域で起きた開口放出では、それに先行してSNAP25とsyntaxinが複合化するシグナルが検出された。また、その複合化はカルシゥム上昇の後に起きでいた。この様に、SNAREを直接標識したFRETプローブは開口放出機構の解明に有効であることが示された。

Research Products

• [Journal Article] Simultaneous two-photon activation of presynaptic cells and calcium imaging in postsynaptic dendritic spines (2011)
  • Author(s): Matsuzaki, M., Ellis-Davies, G.C.R., Kanemoto, Y., Kasai, H.
  • Journal Title: Neural Systems and Circuits Volume: 1 Pages: 2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Decreased in the number of dense core vesicles is responsible for the impaired secretion if insulin in IA-2 and IA-2ss null mice (2011)
  • Author(s): Cai, T., Hirai, H., Zhang, G, Zhang, M., Takahashi, N., Kasai, H., Satin, L.S., Leapman, R.D., Notkins, A.L.
  • Journal Title: Diabetologia Volume: 54 Pages: 2347-2357
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 1-Acyl-5-methoxy-8-nitro-1,2-dihydroquinoline : A biologically useful photolabile precursor of carboxylic acids (2010)
  • Author(s): Obi, N., Momotake, A., Kanemoto, Y., Matsuzaki, M, Kasai, H., Arai, T.
  • Journal Title: Tetrahedron letters Volume: 51 Pages: 1642-1657
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Learning rules and persistence of dendritic spines (2010)
  • Author(s): Kasai, H., Hayama, T., Ishikawa, M., Watanabe, S., Yagishita, S.
  • Journal Title: Eur.J.Neurosci. Volume: 32 Pages: 241-249
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SNARE conformational changes that prepare vesicles for exocytosis (2010)
  • Author(s): Takahashi, N., Hatakeyama, H., Okado, H., Noguchi, J.Ohno, M., Kasai, H.
  • Journal Title: Cell Metabolism Volume: 12 Pages: 19-29
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Class IA phosphoinositide 3-kinase in pancreatic β cells controls insulin secretion by multiple mechanisms (2010)
  • Author(s): Kaneko, K., Ueki, K., Takahashi, N., Hashimoto, S., Okamoto, M., Awazawa, M., Okazaki, Y., Ohsugi, M., Inabe, K., Umehafa T., Yoshida M., Kakei M., Kitamura, T., Luo, J., Kulkarni, R.N., Kahn, C.R., Kasai, H., Cantley, L.C., Kadowaki, T.
  • Journal Title: Cell Metabolism Volume: 12 Pages: 619-632
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Statistical dynamics of synapses (2011)
  • Author(s): Haruo Kasai
  • Organizer: System Neurobiology Spring School 2011
  • Place of Presentation: コープイン京都(京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-03-13
• [Presentation] GABA dependence of locally competitive learning rules of dendritic spines revealed by two-color uncaging of glutamate and GABA (2010)
  • Author(s): Tatsuya Hayama, Yuya Kanemoto, Masanori Matsuzaki, Graham C.R.Ellis-Davies, Haruo Kasai
  • Organizer: 25^<th> Annual Meeting of Socienty for Neuroscience
  • Place of Presentation: San Diego (USA)
  • Year and Date: 2010-11-17
• [Presentation] Imaging of synapses (2010)
  • Author(s): Haruo Kasai
  • Organizer: BSI tutorial course 2010
  • Place of Presentation: 理研BSI(埼玉)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-17
• [Presentation] Optical stimulation illuminates synapses in the mammalian brain (2010)
  • Author(s): Haruo Kasai
  • Organizer: 新学術領域「分子行動学」シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学小柴ホール(東京)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-10
• [Presentation] SNARE conformational changes that prepare vesicle for exocytosis (2010)
  • Author(s): Haruo Kasai
  • Organizer: Biophysical Meeting
  • Place of Presentation: 北京国際会議場(中国)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-10-11
• [Presentation] 2光子顕微鏡の神経科学領域への応用 (2010)
  • Author(s): 河西春郎
  • Organizer: 京都大学大学院神経科学コース
  • Place of Presentation: 京都大学医学部(京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] GABA dependence of glutamate-mediated shrinkage and enlimination of dendritic spines revealed with two-color glutamate and GABA (2010)
  • Author(s): Tatsuya Hayama, Yuya Kanemoto, Masanori Matsuzaki, Graham C.R.Ellis-Davies, Haruo Kasai
  • Organizer: 日本神経科学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2010-09-04
• [Remarks]
  • URL: http://www.bm2.m.u-tokyo.ac.jp/