A molecular mechanism for spine enlargement in the prefrontal cortex

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H02594
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46030:Function of nervous system-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Yagishita Sho 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (50721940)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 前頭葉前野 / スパイン / ノルアドレナリン / ミクログリア / 観察性脅威学習

Outline of Final Research Achievements

Using a spike timing-dependent plasticity (STDP) protocol with two-photon uncaging of glutamate, we investigated the signalling pathways of plasticity in a single spine of layer 5 pyramidal neurons in an acute slice of the medial prefrontal cortex (mPFC). We newly identified that noradrenaline enhances spine plasticity via β2 receptor-mediated deinhibition of inhibitory mechanisms by microglia. Furthermore, we identified observational fear learning as a learning behaviour regulated by these mechanisms. Overall, we show new mechanisms controlling synaptic plasticity and learning in the mPFC.

Free Research Field

神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

前頭葉を含む新皮質のスパインの形態可塑性はin vivo研究で多く報告されてきた。しかし、実際にどのようなシグナル路を介してこの可塑性が生じているのかは不明であった。本研究によりこのシグナルを明らかにしたことの学術的な意義は高い。また、意外にもこのシグナル路にはミクログリアを介した細胞間コミュニケーションが関与していた。ミクログリアは多くの精神神経疾患に関与することが知られており、今後疾患における役割も明らかになる可能性が高い。