2021 Fiscal Year Research-status Report
Subcellular analysis of the mechanism underlying ectopic spike generation in axon
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21K06434
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
神谷 温之 北海道大学, 医学研究院, 教授 (10194979)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 軸索 / 海馬 / サブセルラー記録 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、例外的に大型の海馬苔状線維の軸索終末からサブセルラーパッチクランプによる直接記録を行い、また、苔状線維を模した最新の数理モデルに基づくシミュレーションを組み合わせ、 遠位軸索における異所性スパイク発生の検証、異所性スパイクの発生部位の同定、シミュレーションによる異所性スパイクの数理モデル解析などを行う。通常の活動電位発生部位である軸索初節部ではなく、遠位軸索で活動電位が生じる、いわゆる「異所性スパイク」について直接的に検証し、遠位軸索における異所性スパイクの発生機構について追及する。本年度は、苔状線維の形態的特徴と、直接記録で測定した電気生理学特性を加味した苔状線維軸索の興奮伝播モデルを用いて、遠位軸索での異所性スパイク発生について、発生部位と発生機構に関する検証を試みた。海馬苔状線維の通過型軸索の構造と実験的に計測されたイオンチャンネルの特性を導入したマルチコンパートメントモデルを構築し、カリウムチャンネルブロッカーである4-アミノピリジンの遠位軸索への局所投与による異所性スパイクのバースト発火について、シミュレーションによる数理モデル解析を試みた。遠位軸索部の一部からカリウムコンダクタンスを除去したモデルでは活動電位の遷延化により反復する活動電位、すなわちバースト発火を生じることが明らかとなった。軸索を順行性に伝播する活動電位が遠位軸索部での局所的な興奮性上昇により異所性スパイクのバースト発火を生じる可能性が示唆された。
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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
これまでに、苔状線維を模した最新の数理モデルに基づくシミュレーションで、異所性スパイクのバースト発火を再現するモデルを構築した。以上から、おおむね順調に研究が進捗していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
これらの結果に関する論文投稿に向けて、マウス海馬スライスを用いた単一苔状線維終末からの直接記録による実験的解析をさらに進め、また、これまでに間接的な計測により異所性スパイクの発生が示唆されている条件に関してシミュレーションによる検討を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
シミュレーションによる研究が進展し数理モデルの構築に注力したため、当初予定より使用額が少額であった。次年度以降は、構築した数理モデルの検証のためにマウス海馬スライスでの実験的検討を進め、試薬購入などの費用とする予定である。
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