Microglia-mediated gating of activity-dependent spine enlargement in the medial prefrontal cortex

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K20680
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0704:Neuroscience, brain sciences, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Tajiri Mio 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任研究員 (80908575)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: スパイン形態可塑性 / 前頭葉 / ミクログリア / ノルアドレナリン

Outline of Final Research Achievements

Dendritic spines undergo structural plasticity during learning in the neocortex of adult mice. However, the exact signaling pathway that leads to activity-dependent spine enlargement in the neocortex remains unclear. To investigate it in single spines of pyramidal neurons in an acute slice preparation from the medial prefrontal cortex of mice, I applied a spike-timing-dependent plasticity protocol with two-photon uncaging of glutamate. My results demonstrate that noradrenaline disinhibits activity-dependent spine enlargement through a microglial-cAMP pathway and TNF-α signaling pathway in young adult mice, which may play a pivotal role in learning in adults.

Free Research Field

医学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では成体マウス前頭葉においてノルアドレナリンがミクログリアを介して活動依存的なスパイン増大を間接的に脱抑制していることを見出し、この経路が抑うつモデルでは制御されなくなる可能性を示した。前頭葉においてはノルアドレナリンがミクログリアを介した細胞間伝達により可塑性を制御しているというのは意外であり、脳の学習モデルの理解に寄与する。またこの機序が発達期依存的であるということから臨界期などの研究への展開が、ミクログリアと各種病態との関連性が指摘されていることから疾患研究への展開が考えられ、本研究の影響は大きいといえる。